ऑप्टिकल फ्रिक्वेन्सी कॉम्ब्स आणि ऑप्टिकल ट्रान्समिशन?

आपल्याला माहीत आहे की, १९९० च्या दशकापासून, शेकडो किंवा हजारो किलोमीटरच्या लांब पल्ल्याच्या फायबर-ऑप्टिक लिंक्ससाठी WDM तंत्रज्ञानाचा वापर केला जात आहे. देशातील बहुतांश प्रदेशांसाठी, फायबर पायाभूत सुविधा ही सर्वात महागडी मालमत्ता आहे, तर ट्रान्सीव्हर घटकांची किंमत तुलनेने कमी आहे.
तथापि, 5G सारख्या नेटवर्क्समधील डेटा दरांमध्ये झालेल्या प्रचंड वाढीमुळे, WDM तंत्रज्ञान आता शॉर्ट-हॉल लिंक्समध्ये देखील अधिकाधिक महत्त्वाचे बनत आहे, ज्या मोठ्या प्रमाणात तैनात केल्या जातात आणि त्यामुळे ट्रान्सीव्हर असेंब्लीच्या किंमत आणि आकाराबाबत अधिक संवेदनशील असतात.

सध्या, ही नेटवर्क्स अजूनही स्पेस डिव्हिजन मल्टिप्लेक्सिंगच्या चॅनेलमधून समांतरपणे प्रसारित होणाऱ्या हजारो सिंगल-मोड ऑप्टिकल फायबरवर अवलंबून आहेत, ज्यात प्रति चॅनेल जास्तीत जास्त काहीशे Gbit/s (800G) इतका तुलनेने कमी डेटा दर असतो आणि टी-क्लासमध्ये त्यांचे मोजकेच संभाव्य उपयोग आहेत.

तथापि, नजीकच्या भविष्यात, कॉमन स्पॅशियल पॅरॅललायझेशनची संकल्पना लवकरच तिच्या स्केलेबिलिटीच्या मर्यादेपर्यंत पोहोचेल, आणि डेटा दरांमधील पुढील वाढ टिकवून ठेवण्यासाठी प्रत्येक फायबरमधील डेटा स्ट्रीम्सच्या स्पेक्ट्रल पॅरॅललायझेशनद्वारे तिला पूरक बनवावे लागेल. यामुळे WDM तंत्रज्ञानासाठी एक संपूर्ण नवीन अनुप्रयोग क्षेत्र खुले होऊ शकते, ज्यामध्ये चॅनेलची संख्या आणि डेटा दर या बाबतीत कमाल स्केलेबिलिटी अत्यंत महत्त्वाची आहे.

या संदर्भात,ऑप्टिकल फ्रिक्वेन्सी कॉम्ब जनरेटर (FCG)हे एक संक्षिप्त, स्थिर, बहु-तरंगलांबी प्रकाश स्रोत म्हणून महत्त्वाची भूमिका बजावते, जे मोठ्या संख्येने सु-परिभाषित ऑप्टिकल कॅरिअर्स प्रदान करू शकते. याव्यतिरिक्त, ऑप्टिकल फ्रिक्वेन्सी कॉम्ब्सचा एक विशेष महत्त्वाचा फायदा हा आहे की कॉम्ब लाईन्स स्वाभाविकपणे फ्रिक्वेन्सीमध्ये समान अंतरावर असतात, ज्यामुळे इंटर-चॅनल गार्ड बँड्सची आवश्यकता शिथिल होते आणि DFB लेझर्सच्या अॅरेचा वापर करणाऱ्या पारंपरिक योजनेत एका लाईनसाठी आवश्यक असलेले फ्रिक्वेन्सी नियंत्रण टाळता येते.

हे लक्षात घेणे महत्त्वाचे आहे की हे फायदे केवळ WDM ट्रान्समीटरनाच नव्हे, तर त्यांच्या रिसीव्हरनाही लागू होतात, जिथे स्वतंत्र लोकल ऑसिलेटर (LO) अॅरेच्या जागी एकच कॉम्ब जनरेटर वापरला जाऊ शकतो. LO कॉम्ब जनरेटरच्या वापरामुळे WDM चॅनेलसाठी डिजिटल सिग्नल प्रोसेसिंग अधिक सुलभ होते, ज्यामुळे रिसीव्हरची गुंतागुंत कमी होते आणि फेज नॉइज सहनशीलता वाढते.

याव्यतिरिक्त, समांतर सुसंगत रिसेप्शनसाठी फेज-लॉकिंगसह LO कॉम्ब सिग्नल्सच्या वापरामुळे संपूर्ण WDM सिग्नलच्या टाइम-डोमेन वेव्हफॉर्मची पुनर्रचना करणे देखील शक्य होते, ज्यामुळे ट्रान्समिशन फायबरमधील ऑप्टिकल नॉनलाइनरिटीमुळे होणाऱ्या त्रुटींची भरपाई होते. कॉम्ब-आधारित सिग्नल ट्रान्समिशनच्या या वैचारिक फायद्यांव्यतिरिक्त, लहान आकार आणि किफायतशीर मोठ्या प्रमाणावरील उत्पादन हे देखील भविष्यातील WDM ट्रान्सीव्हर्ससाठी महत्त्वाचे आहेत.
त्यामुळे, विविध कॉम्ब सिग्नल जनरेटर संकल्पनांपैकी, चिप-स्केल उपकरणे विशेष लक्षवेधी आहेत. डेटा सिग्नल मॉड्युलेशन, मल्टिप्लेक्सिंग, राउटिंग आणि रिसेप्शनसाठी अत्यंत स्केलेबल फोटोनिक इंटिग्रेटेड सर्किट्ससोबत एकत्रित केल्यावर, अशी उपकरणे कॉम्पॅक्ट, अत्यंत कार्यक्षम WDM ट्रान्सीव्हर्सची गुरुकिल्ली ठरू शकतात, जे कमी खर्चात मोठ्या प्रमाणात तयार केले जाऊ शकतात आणि ज्यांची प्रति फायबर दहापट टेराबिट/सेकंद पर्यंतची ट्रान्समिशन क्षमता असेल.

खालील आकृतीमध्ये बहु-तरंगलांबी प्रकाश स्रोत म्हणून ऑप्टिकल फ्रिक्वेन्सी कॉम्ब (FCG) वापरणाऱ्या WDM ट्रान्समीटरची योजनाबद्ध रचना दर्शविली आहे. FCG कॉम्ब सिग्नल प्रथम डीमल्टीप्लेक्सरमध्ये (DEMUX) वेगळा केला जातो आणि नंतर EOM इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल मॉड्युलेटरमध्ये प्रवेश करतो. याद्वारे, इष्टतम स्पेक्ट्रल एफिशियन्सी (SE) साठी सिग्नलवर प्रगत QAM क्वाड्रॅचर ॲम्प्लिट्यूड मॉड्युलेशन केले जाते.

ट्रान्समीटरच्या निर्गमन स्थानी, मल्टिप्लेक्सरमध्ये (MUX) चॅनेल्स पुन्हा एकत्र केले जातात आणि WDM सिग्नल्स सिंगल मोड फायबरवरून प्रसारित केले जातात. प्राप्तकर्त्याच्या टोकावर, वेव्हलेंथ डिव्हिजन मल्टिप्लेक्सिंग रिसीव्हर (WDM Rx), बहु-तरंगलांबी सुसंगत शोधासाठी दुसऱ्या FCG च्या LO लोकल ऑसिलेटरचा वापर करतो. इनपुट WDM सिग्नल्सचे चॅनेल्स डीमल्टिप्लेक्सरद्वारे वेगळे केले जातात आणि कोहेरेंट रिसीव्हर अॅरेला (Coh. Rx) दिले जातात, जिथे प्रत्येक कोहेरेंट रिसीव्हरसाठी फेज रेफरन्स म्हणून लोकल ऑसिलेटर LO ची डीमल्टिप्लेक्सिंग फ्रिक्वेन्सी वापरली जाते. अशा WDM लिंक्सची कार्यक्षमता साहजिकच मोठ्या प्रमाणावर मूळ कॉम्ब सिग्नल जनरेटरवर, विशेषतः ऑप्टिकल लाइनची रुंदी आणि प्रति कॉम्ब लाइन ऑप्टिकल पॉवरवर अवलंबून असते.

अर्थातच, ऑप्टिकल फ्रिक्वेन्सी कॉम्ब तंत्रज्ञान अजूनही विकासाच्या टप्प्यात आहे आणि त्याच्या वापराची व्याप्ती व बाजारपेठेचा आकार तुलनेने लहान आहे. जर तांत्रिक अडथळ्यांवर मात करता आली, खर्च कमी करता आला आणि विश्वसनीयता सुधारता आली, तरच ऑप्टिकल ट्रान्समिशनमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापर साध्य करणे शक्य होईल.