Pettine di frequenza ottica e trasmissione ottica?

Sappiamo che dagli anni '90 la tecnologia WDM (Wavelength Division Multiplexing) è stata utilizzata per collegamenti in fibra ottica a lunga distanza, lunghi centinaia o addirittura migliaia di chilometri. Per la maggior parte dei paesi e delle regioni, l'infrastruttura in fibra ottica è la risorsa più costosa, mentre il costo dei componenti dei ricetrasmettitori è relativamente basso.

Tuttavia, con la crescita esponenziale delle velocità di trasmissione dati di rete, come il 5G, la tecnologia WDM è diventata sempre più importante nei collegamenti a breve distanza e il volume di implementazione dei collegamenti brevi è molto più ampio, rendendo più sensibili il costo e le dimensioni dei componenti del ricetrasmettitore.

Attualmente, queste reti si basano ancora su migliaia di fibre ottiche monomodali per la trasmissione parallela attraverso canali di multiplexaggio a divisione di spazio, e la velocità di trasmissione dati di ciascun canale è relativamente bassa, al massimo di poche centinaia di Gbit/s (800G). Il livello T potrebbe avere applicazioni limitate.

Ma nel prossimo futuro, il concetto di parallelizzazione spaziale ordinaria raggiungerà presto il suo limite di scalabilità e dovrà essere integrato dalla parallelizzazione spettrale dei flussi di dati in ogni fibra per mantenere ulteriori miglioramenti nelle velocità di trasmissione dati. Ciò potrebbe aprire un intero nuovo spazio applicativo per la tecnologia di multiplexing a divisione di lunghezza d'onda, in cui la massima scalabilità del numero di canali e della velocità di trasmissione dati è fondamentale.

In questo caso, il generatore di pettini di frequenza (FCG), in quanto sorgente luminosa compatta e fissa a più lunghezze d'onda, può fornire un gran numero di portanti ottiche ben definite, svolgendo quindi un ruolo cruciale. Inoltre, un vantaggio particolarmente importante del pettine di frequenza ottico è che le linee del pettine sono sostanzialmente equidistanti in frequenza, il che può allentare i requisiti per le bande di guardia intercanale ed evitare il controllo di frequenza richiesto per le singole linee negli schemi tradizionali che utilizzano array laser DFB.

È importante notare che questi vantaggi non sono applicabili solo al trasmettitore con multiplexing a divisione di lunghezza d'onda, ma anche al suo ricevitore, dove l'array di oscillatori locali (LO) discreti può essere sostituito da un singolo generatore a pettine. L'uso di generatori a pettine LO può ulteriormente facilitare l'elaborazione del segnale digitale nei canali con multiplexing a divisione di lunghezza d'onda, riducendo così la complessità del ricevitore e migliorando la tolleranza al rumore di fase.

Inoltre, l'utilizzo di segnali a pettine LO con funzione di aggancio di fase per la ricezione coerente parallela può persino ricostruire la forma d'onda nel dominio del tempo dell'intero segnale di multiplazione a divisione di lunghezza d'onda, compensando così i danni causati dalla non linearità ottica della fibra di trasmissione. Oltre ai vantaggi concettuali basati sulla trasmissione del segnale a pettine, anche le dimensioni ridotte e la produzione su larga scala economicamente efficiente sono fattori chiave per i futuri transceiver a divisione di lunghezza d'onda.

Pertanto, tra i vari concetti di generatori di segnali a pettine, i dispositivi a livello di chip sono particolarmente degni di nota. Se combinati con circuiti integrati fotonici altamente scalabili per la modulazione, il multiplexing, il routing e la ricezione del segnale dati, tali dispositivi possono diventare la chiave per la realizzazione di transceiver a divisione di lunghezza d'onda compatti ed efficienti, che possono essere prodotti in grandi quantità a basso costo, con capacità di trasmissione di decine di Tbit/s per fibra.

All'uscita del trasmettitore, ciascun canale viene ricombinato tramite un multiplexer (MUX) e il segnale a divisione di lunghezza d'onda viene trasmesso tramite fibra monomodale. All'estremità ricevente, il ricevitore a divisione di lunghezza d'onda (WDM Rx) utilizza l'oscillatore locale LO del secondo FCG per il rilevamento di interferenze multi-lunghezza d'onda. Il canale del segnale di ingresso a divisione di lunghezza d'onda viene separato da un demultiplexer e quindi inviato a un array di ricevitori coerenti (Coh. Rx). Tra questi, la frequenza di demultiplexing dell'oscillatore locale LO viene utilizzata come riferimento di fase per ciascun ricevitore coerente. Le prestazioni di questo collegamento a divisione di lunghezza d'onda dipendono ovviamente in larga misura dal generatore di segnali a pettine di base, in particolare dall'ampiezza della luce e dalla potenza ottica di ciascuna linea a pettine.

Naturalmente, la tecnologia dei pettini di frequenza ottica è ancora in fase di sviluppo e i suoi scenari applicativi e le sue dimensioni di mercato sono relativamente limitati. Se riuscisse a superare i colli di bottiglia tecnologici, ridurre i costi e migliorare l'affidabilità, potrebbe raggiungere applicazioni su larga scala nella trasmissione ottica.