Lược tần số quang và truyền dẫn quang?

Như chúng ta đã biết, từ những năm 1990, công nghệ WDM WDM đã được sử dụng cho các liên kết cáp quang đường dài hàng trăm hoặc thậm chí hàng nghìn km. Đối với hầu hết các vùng của đất nước, cơ sở hạ tầng cáp quang là tài sản đắt nhất, trong khi chi phí cho các thành phần thu phát tương đối thấp.
Tuy nhiên, với sự bùng nổ về tốc độ dữ liệu trong các mạng như 5G, công nghệ WDM ngày càng trở nên quan trọng trong các liên kết cự ly ngắn, được triển khai với khối lượng lớn hơn nhiều và do đó nhạy cảm hơn với chi phí và kích thước của cụm thu phát.

Hiện nay, các mạng này vẫn dựa vào hàng nghìn sợi quang đơn mode được truyền song song qua các kênh ghép kênh phân chia theo không gian, với tốc độ dữ liệu tương đối thấp, tối đa là vài trăm Gbit/giây (800G) trên mỗi kênh, với một số ít ứng dụng có thể có trong loại T.

Tuy nhiên, trong tương lai gần, khái niệm song song hóa không gian chung sẽ sớm đạt đến giới hạn khả năng mở rộng của nó và sẽ phải được bổ sung bằng song song hóa phổ của các luồng dữ liệu trong mỗi sợi quang để duy trì tốc độ dữ liệu tăng thêm. Điều này có thể mở ra một không gian ứng dụng hoàn toàn mới cho công nghệ WDM, trong đó khả năng mở rộng tối đa về số kênh và tốc độ dữ liệu là rất quan trọng.

Trong bối cảnh này,máy phát tần số quang học (FCG)đóng vai trò quan trọng như một nguồn sáng đa bước sóng cố định, nhỏ gọn có thể cung cấp một số lượng lớn các sóng mang quang học được xác định rõ ràng. Ngoài ra, một lợi thế đặc biệt quan trọng của lược tần số quang học là các đường lược có khoảng cách đều nhau về tần số, do đó làm giảm yêu cầu về các dải bảo vệ liên kênh và tránh kiểm soát tần số cần thiết cho một đường duy nhất trong một sơ đồ thông thường sử dụng một mảng laser DFB.

Điều quan trọng cần lưu ý là những lợi thế này không chỉ áp dụng cho máy phát WDM mà còn cho máy thu của chúng, nơi các mảng dao động cục bộ rời rạc (LO) có thể được thay thế bằng một máy phát lược đơn. Việc sử dụng máy phát lược LO giúp xử lý tín hiệu số cho các kênh WDM dễ dàng hơn, do đó làm giảm độ phức tạp của máy thu và tăng khả năng chịu nhiễu pha.

Ngoài ra, việc sử dụng tín hiệu LO comb với khóa pha để thu song song mạch lạc thậm chí còn giúp tái tạo dạng sóng miền thời gian của toàn bộ tín hiệu WDM, do đó bù đắp cho các khiếm khuyết do phi tuyến tính quang học trong sợi truyền. Ngoài những lợi thế về mặt khái niệm này của truyền tín hiệu dựa trên comb, kích thước nhỏ hơn và sản xuất hàng loạt tiết kiệm chi phí cũng là chìa khóa cho các bộ thu phát WDM trong tương lai.
Do đó, trong số các khái niệm máy phát tín hiệu lược khác nhau, các thiết bị quy mô chip đặc biệt được quan tâm. Khi kết hợp với các mạch tích hợp quang tử có khả năng mở rộng cao để điều chế tín hiệu dữ liệu, ghép kênh, định tuyến và thu, các thiết bị như vậy có thể nắm giữ chìa khóa cho các bộ thu phát WDM nhỏ gọn, hiệu quả cao có thể được chế tạo với số lượng lớn với chi phí thấp, với khả năng truyền lên đến hàng chục Tbit/giây trên mỗi sợi quang.

Hình sau đây mô tả sơ đồ của một máy phát WDM sử dụng FCG lược tần số quang học làm nguồn sáng đa bước sóng. Tín hiệu lược FCG đầu tiên được tách trong bộ tách kênh (DEMUX) và sau đó đi vào bộ điều biến quang điện tử EOM. Thông qua đó, tín hiệu được điều chế biên độ vuông góc QAM nâng cao để có hiệu suất phổ tối ưu (SE).

Tại đầu ra của máy phát, các kênh được kết hợp lại trong bộ ghép kênh (MUX) và các tín hiệu WDM được truyền qua sợi quang đơn mode. Tại đầu thu, bộ thu ghép kênh phân chia bước sóng (WDM Rx), sử dụng bộ dao động cục bộ LO của FCG thứ 2 để phát hiện tính nhất quán đa bước sóng. Các kênh của tín hiệu WDM đầu vào được tách ra bằng bộ tách kênh và đưa vào mảng bộ thu nhất quán (Coh. Rx). trong đó tần số tách kênh của bộ dao động cục bộ LO được sử dụng làm tham chiếu pha cho mỗi bộ thu nhất quán. Rõ ràng là hiệu suất của các liên kết WDM như vậy phụ thuộc phần lớn vào bộ tạo tín hiệu lược cơ bản, đặc biệt là độ rộng đường quang và công suất quang trên mỗi đường lược.

Tất nhiên, công nghệ lược tần số quang vẫn đang trong giai đoạn phát triển, kịch bản ứng dụng và quy mô thị trường tương đối nhỏ. Nếu có thể khắc phục được các điểm nghẽn kỹ thuật, giảm chi phí và nâng cao độ tin cậy, thì có thể đạt được các ứng dụng cấp độ quy mô trong truyền dẫn quang.