Lược tần số quang và truyền dẫn quang?

Như chúng ta đã biết, từ những năm 1990, công nghệ WDM đã được sử dụng cho các tuyến cáp quang đường dài hàng trăm, thậm chí hàng nghìn km. Ở hầu hết các vùng miền trên cả nước, cơ sở hạ tầng cáp quang là tài sản đắt đỏ nhất, trong khi chi phí linh kiện thu phát lại 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 đường 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 tại, 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 lớp 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, 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 tiếp tục tăng. 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 lượng 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 nhỏ gọn, cố định, có thể cung cấp một số lượng lớn sóng mang quang học được xác định rõ ràng. Ngoài ra, một ưu điểm đặc biệt quan trọng của lược tần số quang học là các đường lược có khoảng cách tần số bằng nhau, do đó giảm bớt yêu cầu về dải bảo vệ liên kênh và tránh việc kiểm soát tần số vốn cần thiết cho một đường truyền duy nhất trong sơ đồ thông thường sử dụng một mảng laser DFB.

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

Ngoài ra, việc sử dụng tín hiệu lược LO với khóa pha để thu tín hiệu đồng bộ song song thậm chí còn cho phép tái tạo dạng sóng miền thời gian của toàn bộ tín hiệu WDM, nhờ đó bù đắp được các suy giảm do hiện tượng phi tuyến quang trong sợi truyền dẫn. Bên cạnh những lợi thế về mặt khái niệm của truyền tín hiệu lược, kích thước nhỏ hơn và khả năng 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 cỡ 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, ghép kênh, định tuyến và thu tín hiệu dữ liệu, các thiết bị này có thể nắm giữ chìa khóa cho các bộ thu phát WDM nhỏ gọn, hiệu suất cao, có thể được sản xuất với số lượng lớn với chi phí thấp, với khả năng truyền tải lên đến hàng chục Tbit/giây trên mỗi sợi quang.

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

Tại đầu ra của máy phát, các kênh được kết hợp lại trong bộ ghép kênh (MUX) và 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 tín hiệu đồng bộ đa bước sóng. Các kênh của tín hiệu WDM đầu vào được tách ra bằng bộ tách kênh và đưa đến mảng thu đồng bộ (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 đồng bộ. Hiệu suất của các liên kết WDM như vậy rõ ràng 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, phạm vi ứng dụng và quy mô thị trường còn tương đối nhỏ. Nếu khắc phục được những hạn chế kỹ thuật, giảm chi phí và nâng cao độ tin cậy, công nghệ này hoàn toàn có thể mở rộng ứng dụng trong truyền dẫn quang.