Como sabemos, desde a década de 1990, a tecnologia WDM tem sido utilizada em enlaces de fibra óptica de longa distância, com centenas ou até milhares de quilômetros. 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 o 5G, a tecnologia WDM está se tornando cada vez mais importante também em enlaces 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 meio de 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 possíveis aplicações na classe T.
Contudo, 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, de forma a suportar aumentos adicionais nas taxas de dados. Isto poderá abrir um novo campo de aplicações 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 multi-comprimento 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 do pente são intrinsecamente equidistantes em frequência, o que elimina a necessidade de bandas de guarda entre canais e evita o controle de frequência que seria exigido para uma única linha em um esquema convencional usando um conjunto de lasers DFB.
É importante notar que essas vantagens se aplicam não apenas aos transmissores WDM, mas também aos seus receptores, onde arranjos discretos de osciladores locais (LO) podem ser substituídos por um único gerador de pente de frequências. O uso de geradores de pente de frequências 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 de frequência do oscilador local (LO) com sincronização 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 imperfeições causadas pelas não linearidades ópticas na fibra de transmissão. Ademais, além dessas vantagens conceituais da transmissão de sinais baseada em pentes de frequência, o tamanho reduzido e a produção em massa com baixo custo também são fundamentais para os futuros transceptores WDM.
Portanto, dentre os vários conceitos de geradores de sinal em 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 um esquema de um transmissor WDM que utiliza um pente de frequências ópticas (FCG) como fonte de luz multi-comprimento de onda. O sinal do pente FCG é inicialmente separado em um demultiplexador (DEMUX) e, em seguida, entra em um modulador eletro-óptico (EOM). Através dele, o sinal é submetido à modulação de amplitude em quadratura (QAM) avançada 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 segundo gerador de pente de frequências (FCG) para detecção coerente em múltiplos comprimentos de onda. Os canais dos sinais WDM de entrada são separados por um demultiplexador e enviados ao conjunto de receptores coerentes (Coh. Rx), onde a frequência de demultiplexação do oscilador local (LO) é utilizada como referência de fase para cada receptor coerente. O desempenho desses enlaces WDM depende, obviamente, em grande medida do gerador de sinal de pente de frequências subjacente, em particular da largura da linha óptica e da potência óptica por linha do pente.
É claro que a tecnologia de pentes de frequência óptica ainda está em fase de desenvolvimento, e seus cenários de aplicação e tamanho de mercado são relativamente pequenos. Se conseguir superar os gargalos técnicos, reduzir custos e melhorar a confiabilidade, será possível alcançar aplicações em larga escala na transmissão óptica.
Data da publicação: 21/11/2024