Pente de frequência óptica e transmissão óptica?

Sabemos que desde a década de 1990, a tecnologia de multiplexação por divisão de comprimento de onda WDM tem sido usada para links de fibra óptica de longa distância, abrangendo centenas ou até milhares de quilômetros. Para a maioria dos países e regiões, a infra-estrutura de fibra óptica é o seu activo mais caro, enquanto o custo dos componentes do transceptor é relativamente baixo.

No entanto, com o crescimento explosivo das taxas de transmissão de dados em rede, como 5G, a tecnologia WDM tornou-se cada vez mais importante em links de curta distância, e o volume de implantação de links curtos é muito maior, tornando o custo e o tamanho dos componentes do transceptor mais sensíveis.

Atualmente, essas redes ainda dependem de milhares de fibras ópticas monomodo para transmissão paralela através de canais de multiplexação por divisão espacial, e a taxa de dados de cada canal é relativamente baixa, no máximo apenas algumas centenas de Gbit/s (800G). O nível T pode ter aplicações limitadas.

Mas num futuro próximo, o conceito de paralelização espacial comum atingirá em breve o seu limite de escalabilidade e deverá ser complementado pela paralelização do espectro de fluxos de dados em cada fibra para manter melhorias adicionais nas taxas de dados. Isto pode abrir um novo espaço de aplicação para a tecnologia de multiplexação por divisão de comprimento de onda, onde a escalabilidade máxima do número de canais e da taxa de dados é crucial.

Neste caso, o gerador de pente de frequência (FCG), como fonte de luz compacta e fixa de múltiplos comprimentos de onda, pode fornecer um grande número de portadoras ópticas bem definidas, desempenhando assim um papel crucial. Além disso, uma vantagem particularmente importante do pente de frequência óptica é que as linhas pente são essencialmente equidistantes em frequência, o que pode relaxar os requisitos para bandas de proteção entre canais e evitar o controle de frequência necessário para linhas únicas em esquemas tradicionais usando matrizes de laser DFB.

Deve-se notar que essas vantagens não são aplicáveis ​​apenas ao transmissor de multiplexação por divisão de comprimento de onda, mas também ao seu receptor, onde o arranjo de osciladores locais discretos (LO) pode ser substituído por um único gerador de pente. O uso de geradores LO comb pode facilitar ainda mais o processamento de sinal digital em canais de multiplexação por divisão de comprimento de onda, reduzindo assim a complexidade do receptor e melhorando a tolerância ao ruído de fase.

Além disso, o uso de sinais LO comb com função de bloqueio de fase para recepção paralela coerente pode até reconstruir a forma de onda no domínio do tempo de todo o sinal de multiplexação por divisão de comprimento de onda, compensando assim os danos causados ​​pela não linearidade óptica da fibra de transmissão. Além das vantagens conceituais baseadas na transmissão do sinal pente, o tamanho menor e a produção em grande escala economicamente eficiente também são fatores-chave para futuros transceptores de multiplexação por divisão de comprimento de onda.

Portanto, entre vários conceitos de geradores de sinais de pente, os dispositivos de nível de chip são particularmente notáveis. Quando combinados com circuitos integrados fotônicos altamente escaláveis ​​para modulação, multiplexação, roteamento e recepção de sinais de dados, tais dispositivos podem se tornar essenciais para transceptores compactos e eficientes de multiplexação por divisão de comprimento de onda que podem ser fabricados em grandes quantidades a baixo custo, com capacidade de transmissão de dezenas de Tbit/s por fibra.

Na saída da extremidade de envio, cada canal é recombinado através de um multiplexador (MUX), e o sinal de multiplexação por divisão de comprimento de onda é transmitido através de fibra monomodo. Na extremidade receptora, o receptor multiplexador por divisão de comprimento de onda (WDM Rx) usa o oscilador local LO do segundo FCG para detecção de interferência de múltiplos comprimentos de onda. O canal do sinal de multiplexação por divisão de comprimento de onda de entrada é separado por um demultiplexador e então enviado para um conjunto de receptores coerente (Coh. Rx). Dentre eles, a frequência de demultiplexação do oscilador local LO é utilizada como referência de fase para cada receptor coerente. O desempenho deste link de multiplexação por divisão de comprimento de onda depende obviamente em grande parte do gerador básico de sinal de pente, especialmente da largura da luz e da potência óptica de cada linha de pente.

É claro que a tecnologia de pente de frequência óptica ainda está em fase de desenvolvimento e seus cenários de aplicação e tamanho de mercado são relativamente pequenos. Se conseguir superar gargalos tecnológicos, reduzir custos e melhorar a confiabilidade, poderá alcançar aplicações em nível de escala na transmissão óptica.