Pettine di frequenza ottica e trasmissione ottica?

Sappiamo che dagli anni '90 la tecnologia WDM (Wavelength Division Multiplexing) viene utilizzata per collegamenti in fibra ottica a lunga distanza, che si estendono per centinaia o addirittura migliaia di chilometri. Per la maggior parte dei paesi e delle regioni, l'infrastruttura in fibra ottica rappresenta 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 nel caso del 5G, la tecnologia WDM è diventata sempre più importante nei collegamenti a breve distanza, e il volume di implementazione dei collegamenti a breve distanza è molto maggiore, rendendo i costi e le dimensioni dei componenti dei ricetrasmettitori più critici.

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

Tuttavia, in un futuro non troppo lontano, 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 ciascuna fibra per mantenere ulteriori miglioramenti nelle velocità di trasmissione. Ciò potrebbe aprire un intero nuovo campo di applicazione per la tecnologia di multiplexing a divisione di lunghezza d'onda (WDM), dove la massima scalabilità del numero di canali e della velocità di trasmissione dati è cruciale.

In questo caso, il generatore di pettine di frequenza (FCG), in quanto sorgente luminosa multi-lunghezza d'onda compatta e fissa, 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 essenzialmente equidistanti in frequenza, il che può attenuare i requisiti per le bande di guardia tra i canali ed evitare il controllo della frequenza richiesto per le singole linee negli schemi tradizionali che utilizzano array di laser DFB.

È opportuno sottolineare che questi vantaggi non si applicano solo al trasmettitore a divisione di lunghezza d'onda (WDM), ma anche al suo ricevitore, dove l'array di oscillatori locali (LO) discreti può essere sostituito da un singolo generatore a pettine. L'utilizzo di generatori a pettine LO può inoltre facilitare l'elaborazione digitale del segnale nei canali WDM, 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 a divisione di lunghezza d'onda, compensando così il danno causato dalla non linearità ottica della fibra di trasmissione. Oltre ai vantaggi concettuali basati sulla trasmissione del segnale a pettine, le dimensioni ridotte e la produzione su larga scala economicamente efficiente sono fattori chiave per i futuri ricetrasmettitori 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, la multiplazione, l'instradamento e la ricezione dei segnali dati, tali dispositivi potrebbero diventare la chiave per ricetrasmettitori a divisione di lunghezza d'onda compatti ed efficienti, producibili in grandi quantità a basso costo, con una 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 attraverso una 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 delle interferenze a più lunghezze d'onda. Il canale del segnale a divisione di lunghezza d'onda in ingresso 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 dalla larghezza della luce e dalla potenza ottica di ciascuna linea del 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 riuscirà a superare i colli di bottiglia tecnologici, a ridurre i costi e a migliorare l'affidabilità, potrebbe raggiungere applicazioni su larga scala nella trasmissione ottica.