我們知道，自上個世紀(jì)90年代以來，WDM波分復(fù)用技術(shù)已被用于數(shù)百甚至數(shù)千公里的長距離光纖鏈路。對大多數(shù)國家地區(qū)而言，光纖基礎(chǔ)設(shè)施是其最昂貴的資產(chǎn)，而收發(fā)器組件的成本則相對較低。

然而，隨著5G等網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速率的爆炸式增長，WDM技術(shù)在短距離鏈路中也變得越來越重要，而短鏈路的部署量要大得多，因此對收發(fā)器組件的成本和尺寸也更為敏感。

目前，這些網(wǎng)絡(luò)仍然依賴于數(shù)千根單模光纖通過空分復(fù)用的信道并行進(jìn)行傳輸，而每條信道的數(shù)據(jù)速率相對較低，最多只有幾百Gbit/s（800G），T級別的可能有少量應(yīng)用。

但在可以預(yù)見的未來，普通空間并行化的概念很快就會達(dá)到其可擴(kuò)展性的極限，必須輔之以每條光纖中數(shù)據(jù)流的頻譜并行化，才能維持?jǐn)?shù)據(jù)速率的進(jìn)一步提高。

這可能會為波分復(fù)用技術(shù)打開一個全新的應(yīng)用空間，而其中信道數(shù)和數(shù)據(jù)速率的最大可擴(kuò)展性至關(guān)重要。

在這種情況下，光頻梳發(fā)生器（FCG）作為一種緊湊、固定的多波長光源，可以提供大量定義明確的光載波，從而發(fā)揮關(guān)鍵作用。另外，光頻梳的一個特別重要的優(yōu)勢是，梳狀線在頻率上本質(zhì)上是等距的，因此可以放寬對信道間保護(hù)帶的要求，并避免了在使用DFB激光器陣列的傳統(tǒng)方案中需要對單條線進(jìn)行的頻率控制。

需要注意的是，這些優(yōu)勢不僅適用于波分復(fù)用的發(fā)射機(jī)，也適用于其接收機(jī)，在接收機(jī)中，離散本地振蕩器（LO）陣列可由單個梳狀發(fā)生器取代。使用 LO 梳狀發(fā)生器可進(jìn)一步促進(jìn)波分復(fù)用信道的數(shù)字信號處理，從而降低接收器的復(fù)雜性并提高相位噪聲容限。

此外，使用帶有鎖相功能的LO梳狀信號進(jìn)行并行相干接收，甚至可以重建整個波分復(fù)用信號的時域波形，從而補(bǔ)償傳輸光纖的光非線性造成的損傷。除了這些基于梳狀信號傳輸?shù)母拍顑?yōu)勢外，較小的體積和經(jīng)濟(jì)高效的大規(guī)模生產(chǎn)也是未來波分復(fù)用收發(fā)器的關(guān)鍵所在。

因此，在各種梳狀信號發(fā)生器概念中，芯片級設(shè)備尤其引人關(guān)注。當(dāng)與用于數(shù)據(jù)信號調(diào)制、多路復(fù)用、路由和接收的高度可擴(kuò)展光子集成電路相結(jié)合時，此類器件可能成為緊湊型高效波分復(fù)用收發(fā)器的關(guān)鍵，這種收發(fā)器可以低成本大量制造，每根光纖的傳輸容量可達(dá)數(shù)十Tbit/s。

下圖描述了使用光頻梳FCG作為多波長光源的波分復(fù)用發(fā)射機(jī)的示意圖。FCG梳狀信號首先在解復(fù)用器（DEMUX）中分離，然后進(jìn)入EOM電光調(diào)制器。通過，為獲得最佳頻譜效率（SE），會對信號進(jìn)行先進(jìn)的QAM正交振幅調(diào)制。

在發(fā)送端出口，各通道經(jīng)過多路復(fù)用器（MUX）中重新組合，波分復(fù)用信號通過單模光纖傳輸。在接收端，波分復(fù)用接收器（WDM Rx），利用第2個FCG的LO本地振蕩器進(jìn)行多波長相干檢測。輸入波分復(fù)用信號的信道通過解復(fù)用器分離，然后送入相干接收器陣列（Coh. Rx）。其中，本地振蕩器LO的解復(fù)用頻率作為每個相干接收器的相位參考。這種波分復(fù)用鏈路的性能顯然在很大程度上取決于基本的梳狀信號發(fā)生器，特別是光線寬和每條梳狀線的光功率。

當(dāng)然，光頻梳技術(shù)還處于發(fā)展階段，其應(yīng)用場景和市場規(guī)模相對較小。如果它能夠克服技術(shù)瓶頸、降低成本并提高可靠性，那么在光傳輸中將可能實(shí)現(xiàn)規(guī)模級的應(yīng)用。

審核編輯：劉清