光頻梳在WDM波分復用中的作用以及優勢

我們知道，自上個世紀90年代以來，WDM波分復用技術已被用于數百甚至數千公里的長距離光纖鏈路。對大多數國家地區而言，光纖基礎設施是其最昂貴的資產，而收發器組件的成本則相對較低。

然而，隨著5G等網絡數據傳輸速率的爆炸式增長，WDM技術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，因此對收發器組件的成本和尺寸也更為敏感。

目前，這些網絡仍然依賴于數千根單模光纖通過空分復用的信道并行進行傳輸，而每條信道的數據速率相對較低，最多只有幾百Gbit/s（800G），T級別的可能有少量應用。

但在可以預見的未來，普通空間并行化的概念很快就會達到其可擴展性的極限，必須輔之以每條光纖中數據流的頻譜并行化，才能維持數據速率的進一步提高。

這可能會為波分復用技術打開一個全新的應用空間，而其中信道數和數據速率的最大可擴展性至關重要。

在這種情況下，光頻梳發生器（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，從而發揮關鍵作用。另外，光頻梳的一個特別重要的優勢是，梳狀線在頻率上本質上是等距的，因此可以放寬對信道間保護帶的要求，并避免了在使用DFB激光器陣列的傳統方案中需要對單條線進行的頻率控制。

需要注意的是，這些優勢不僅適用于波分復用的發射機，也適用于其接收機，在接收機中，離散本地振蕩器（LO）陣列可由單個梳狀發生器取代。使用 LO 梳狀發生器可進一步促進波分復用信道的數字信號處理，從而降低接收器的復雜性并提高相位噪聲容限。

此外，使用帶有鎖相功能的LO梳狀信號進行并行相干接收，甚至可以重建整個波分復用信號的時域波形，從而補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的概念優勢外，較小的體積和經濟高效的大規模生產也是未來波分復用收發器的關鍵所在。

因此，在各種梳狀信號發生器概念中，芯片級設備尤其引人關注。當與用于數據信號調制、多路復用、路由和接收的高度可擴展光子集成電路相結合時，此類器件可能成為緊湊型高效波分復用收發器的關鍵，這種收發器可以低成本大量制造，每根光纖的傳輸容量可達數十Tbit/s。

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

在發送端出口，各通道經過多路復用器（MUX）中重新組合，波分復用信號通過單模光纖傳輸。在接收端，波分復用接收器（WDM Rx），利用第2個FCG的LO本地振蕩器進行多波長相干檢測。輸入波分復用信號的信道通過解復用器分離，然后送入相干接收器陣列（Coh. Rx）。其中，本地振蕩器LO的解復用頻率作為每個相干接收器的相位參考。這種波分復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生器，特別是光線寬和每條梳狀線的光功率。

當然，光頻梳技術還處于發展階段，其應用場景和市場規模相對較小。如果它能夠克服技術瓶頸、降低成本并提高可靠性，那么在光傳輸中將可能實現規模級的應用。

審核編輯：劉清