أمشاط التردد البصري والنقل البصري؟

كما نعلم، منذ التسعينيات، تم استخدام تقنية WDM WDM لوصلات الألياف الضوئية طويلة المدى لمئات أو حتى آلاف الكيلومترات. بالنسبة لمعظم مناطق البلاد، تعد البنية التحتية للألياف أغلى أصولها، في حين أن تكلفة مكونات جهاز الإرسال والاستقبال منخفضة نسبيًا.
ومع ذلك، مع انفجار معدلات البيانات في شبكات مثل 5G، أصبحت تقنية WDM ذات أهمية متزايدة في الروابط قصيرة المدى أيضًا، والتي يتم نشرها بكميات أكبر بكثير وبالتالي فهي أكثر حساسية لتكلفة وحجم مجموعات أجهزة الإرسال والاستقبال.

في الوقت الحالي، لا تزال هذه الشبكات تعتمد على آلاف الألياف الضوئية أحادية الوضع المنقولة بالتوازي عبر قنوات تعدد الإرسال بتقسيم الفضاء، مع معدلات بيانات منخفضة نسبيًا تصل على الأكثر إلى بضع مئات جيجابت/ثانية (800 جيجا) لكل قناة، مع عدد صغير من البيانات المحتملة التطبيقات في فئة T

ومع ذلك، في المستقبل المنظور، سيصل مفهوم التوازي المكاني المشترك قريبًا إلى حدود قابليته للتوسع، وسيتعين استكماله بالتوازي الطيفي لتدفقات البيانات في كل ألياف من أجل الحفاظ على مزيد من الزيادات في معدلات البيانات. قد يفتح هذا مساحة تطبيق جديدة تمامًا لتقنية WDM، حيث تعد قابلية التوسع القصوى من حيث عدد القنوات ومعدل البيانات أمرًا بالغ الأهمية.

وفي هذا السياق،مولد مشط التردد البصري (FCG)يلعب دورًا رئيسيًا كمصدر ضوء مدمج وثابت ومتعدد الأطوال الموجية يمكنه توفير عدد كبير من الموجات الحاملة الضوئية المحددة جيدًا. بالإضافة إلى ذلك، من المزايا المهمة بشكل خاص لأمشاط التردد الضوئية أن خطوط المشط متساوية البعد بشكل جوهري في التردد، وبالتالي تخفيف متطلبات نطاقات الحماية بين القنوات وتجنب التحكم في التردد الذي قد يكون مطلوبًا لخط واحد في مخطط تقليدي يستخدم مجموعة من ليزر DFB.

ومن المهم أن نلاحظ أن هذه المزايا لا تنطبق فقط على أجهزة إرسال WDM ولكن أيضًا على أجهزة الاستقبال الخاصة بها، حيث يمكن استبدال صفائف المذبذب المحلي المنفصل (LO) بمولد مشط واحد. يؤدي استخدام مولدات مشط LO إلى تسهيل معالجة الإشارات الرقمية لقنوات WDM، وبالتالي تقليل تعقيد جهاز الاستقبال وزيادة تحمل ضوضاء الطور.

وبالإضافة إلى ذلك، فإن استخدام إشارات مشط LO مع قفل الطور للاستقبال المتماسك المتوازي يجعل من الممكن إعادة بناء الشكل الموجي للمجال الزمني لإشارة WDM بأكملها، وبالتالي التعويض عن العيوب الناجمة عن اللاخطية البصرية في ألياف الإرسال. بالإضافة إلى هذه المزايا المفاهيمية لنقل الإشارات المستندة إلى المشط، يعد الحجم الأصغر والإنتاج الضخم الفعال من حيث التكلفة أيضًا أمرًا أساسيًا لأجهزة إرسال واستقبال WDM المستقبلية.
ولذلك، من بين مختلف مفاهيم مولد إشارة المشط، تعتبر أجهزة مقياس الرقاقة ذات أهمية خاصة. عند دمجها مع دوائر متكاملة فوتونية قابلة للتطوير بدرجة عالية لتعديل إشارة البيانات وتعدد الإرسال والتوجيه والاستقبال، قد تحمل هذه الأجهزة مفتاح أجهزة إرسال واستقبال WDM المدمجة وعالية الكفاءة والتي يمكن تصنيعها بكميات كبيرة بتكلفة منخفضة، مع قدرات نقل تصل إلى عشرات من Tbit/s لكل ألياف.

يصور الشكل التالي مخططًا تخطيطيًا لجهاز إرسال WDM باستخدام مشط التردد البصري FCG كمصدر للضوء متعدد الطول الموجي. يتم فصل إشارة مشط FCG أولاً في جهاز إزالة تعدد الإرسال (DEMUX) ثم تدخل في المغير الكهروضوئي EOM. من خلال ذلك، تخضع الإشارة لتعديل سعة تربيع QAM المتقدم لتحقيق الكفاءة الطيفية المثلى (SE).

عند مخرج جهاز الإرسال، يتم إعادة تجميع القنوات في معدد إرسال (MUX) ويتم إرسال إشارات WDM عبر ألياف أحادية النمط. في الطرف المتلقي، يستخدم مستقبل تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي (WDM Rx)، المذبذب المحلي LO الخاص بـ FCG الثاني للكشف المتماسك متعدد الأطوال الموجية. يتم فصل قنوات إشارات WDM المدخلة بواسطة أداة إزالة تعدد الإرسال وتغذيتها إلى صفيف جهاز الاستقبال المتماسك (Coh.Rx). حيث يتم استخدام تردد إزالة تعدد الإرسال للمذبذب المحلي LO كمرجع طور لكل جهاز استقبال متماسك. من الواضح أن أداء روابط WDM هذه يعتمد إلى حد كبير على مولد إشارة المشط الأساسي، ولا سيما عرض الخط البصري والقدرة الضوئية لكل خط مشط.

وبطبيعة الحال، لا تزال تكنولوجيا مشط التردد البصري في مرحلة التطوير، وسيناريوهات تطبيقها وحجم السوق صغير نسبيا. إذا تمكنت من التغلب على الاختناقات التقنية، وخفض التكاليف وتحسين الموثوقية، فسيكون من الممكن تحقيق تطبيقات على مستوى النطاق في النقل البصري.