Como sabemos, desde a década de 1990, a tecnologia WDM (WDM) tem sido utilizada para enlaces de fibra óptica de longa distância, com centenas ou até milhares de quilômetros de extensão. Para a maioria das regiões do país, a infraestrutura de fibra óptica é o ativo mais caro, enquanto o custo dos componentes do transceptor é relativamente baixo.
No entanto, com a explosão das taxas de dados em redes como 5G, a tecnologia WDM está se tornando cada vez mais importante também em links de curta distância, que são implantados em volumes muito maiores e, portanto, são mais sensíveis ao custo e ao tamanho dos conjuntos de transceptores.
Atualmente, essas redes ainda dependem de milhares de fibras ópticas monomodo transmitidas em paralelo por canais de multiplexação por divisão espacial, com taxas de dados relativamente baixas, de no máximo algumas centenas de Gbit/s (800G) por canal, com um pequeno número de aplicações possíveis na classe T.
No entanto, num futuro próximo, o conceito de paralelização espacial comum atingirá em breve os limites da sua escalabilidade e terá de ser complementado pela paralelização espectral dos fluxos de dados em cada fibra para sustentar novos aumentos nas taxas de dados. Isso pode abrir um novo espaço de aplicação para a tecnologia WDM, no qual a escalabilidade máxima em termos de número de canais e taxa de dados é crucial.
Nesse contexto,o gerador de pente de frequência óptica (FCG)desempenha um papel fundamental como uma fonte de luz compacta, fixa e de múltiplos comprimentos de onda, capaz de fornecer um grande número de portadoras ópticas bem definidas. Além disso, uma vantagem particularmente importante dos pentes de frequência óptica é que as linhas dos pentes são intrinsecamente equidistantes em frequência, o que reduz a necessidade de bandas de guarda entre canais e evita o controle de frequência que seria necessário para uma única linha em um esquema convencional utilizando um conjunto de lasers DFB.
É importante observar que essas vantagens se aplicam não apenas aos transmissores WDM, mas também aos seus receptores, onde matrizes discretas de osciladores locais (LO) podem ser substituídas por um único gerador de pente. O uso de geradores de pente de LO facilita ainda mais o processamento digital de sinais para canais WDM, reduzindo assim a complexidade do receptor e aumentando a tolerância ao ruído de fase.
Além disso, o uso de sinais de pente LO com bloqueio de fase para recepção coerente paralela possibilita até mesmo a reconstrução da forma de onda no domínio do tempo de todo o sinal WDM, compensando assim as deficiências causadas por não linearidades ópticas na fibra de transmissão. Além dessas vantagens conceituais da transmissão de sinais baseada em pente, o tamanho reduzido e a produção em massa com melhor custo-benefício também são essenciais para futuros transceptores WDM.
Portanto, entre os vários conceitos de geradores de sinais de pente, os dispositivos em escala de chip são de particular interesse. Quando combinados com circuitos integrados fotônicos altamente escaláveis para modulação, multiplexação, roteamento e recepção de sinais de dados, tais dispositivos podem ser a chave para transceptores WDM compactos e altamente eficientes, que podem ser fabricados em grandes quantidades a baixo custo, com capacidades de transmissão de até dezenas de Tbit/s por fibra.
A figura a seguir ilustra o esquema de um transmissor WDM utilizando um pente de frequência óptica FCG como fonte de luz multicomprimento de onda. O sinal do pente FCG é primeiramente separado em um demultiplexador (DEMUX) e, em seguida, entra em um modulador eletro-óptico EOM. Através dele, o sinal é submetido à modulação avançada de amplitude em quadratura QAM para otimizar a eficiência espectral (SE).
Na saída do transmissor, os canais são recombinados em um multiplexador (MUX) e os sinais WDM são transmitidos por fibra monomodo. Na extremidade receptora, o receptor de multiplexação por divisão de comprimento de onda (WDM Rx) utiliza o oscilador local LO do 2º FCG para detecção coerente multicomprimento de onda. Os canais dos sinais WDM de entrada são separados por um demultiplexador e alimentados ao conjunto de receptores coerentes (Coh. Rx), onde a frequência de demultiplexação do oscilador local LO é usada como referência de fase para cada receptor coerente. O desempenho desses enlaces WDM depende, obviamente, em grande parte, do gerador de sinal de pente subjacente, em particular da largura da linha óptica e da potência óptica por 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 ela superar gargalos técnicos, reduzir custos e aumentar a confiabilidade, será possível alcançar aplicações em escala na transmissão óptica.
Horário da publicação: 21/11/2024