ऑप्टिकल फ्रीक्वेंसी कॉम्ब और ऑप्टिकल ट्रांसमिशन?

जैसा कि हम जानते हैं, 1990 के दशक से ही WDM तकनीक का उपयोग सैकड़ों या हजारों किलोमीटर की लंबी दूरी के फाइबर-ऑप्टिक लिंक के लिए किया जाता रहा है। देश के अधिकांश क्षेत्रों के लिए, फाइबर अवसंरचना इसकी सबसे महंगी संपत्ति है, जबकि ट्रांसीवर घटकों की लागत अपेक्षाकृत कम है।
हालांकि, 5G जैसे नेटवर्क में डेटा दरों में भारी वृद्धि के साथ, WDM तकनीक शॉर्ट-हॉल लिंक में भी तेजी से महत्वपूर्ण होती जा रही है, जिन्हें बहुत बड़ी मात्रा में तैनात किया जाता है और इसलिए वे ट्रांसीवर असेंबली की लागत और आकार के प्रति अधिक संवेदनशील होते हैं।

वर्तमान में, ये नेटवर्क अभी भी स्पेस डिवीजन मल्टीप्लेक्सिंग के चैनलों के माध्यम से समानांतर रूप से प्रसारित हजारों सिंगल-मोड ऑप्टिकल फाइबर पर निर्भर करते हैं, जिसमें प्रति चैनल अधिकतम कुछ सौ गीगाबिट/सेकंड (800G) की अपेक्षाकृत कम डेटा दर होती है, और टी-क्लास में संभावित अनुप्रयोगों की संख्या सीमित है।

हालांकि, निकट भविष्य में, सामान्य स्थानिक समानांतरकरण की अवधारणा अपनी स्केलेबिलिटी की सीमा तक पहुँच जाएगी, और डेटा दरों में और वृद्धि को बनाए रखने के लिए प्रत्येक फाइबर में डेटा स्ट्रीम के स्पेक्ट्रल समानांतरकरण द्वारा इसे पूरक करना होगा। इससे WDM तकनीक के लिए एक बिल्कुल नया अनुप्रयोग क्षेत्र खुल सकता है, जिसमें चैनलों की संख्या और डेटा दर के संदर्भ में अधिकतम स्केलेबिलिटी महत्वपूर्ण है।

इस संदर्भ में,ऑप्टिकल फ्रीक्वेंसी कॉम्ब जनरेटर (एफसीजी)ऑप्टिकल फ़्रीक्वेंसी कॉम्ब्स एक कॉम्पैक्ट, स्थिर, बहु-तरंगदैर्ध्य प्रकाश स्रोत के रूप में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं जो बड़ी संख्या में सुस्पष्ट ऑप्टिकल वाहक प्रदान कर सकते हैं। इसके अतिरिक्त, ऑप्टिकल फ़्रीक्वेंसी कॉम्ब्स का एक विशेष रूप से महत्वपूर्ण लाभ यह है कि कॉम्ब लाइनें आवृत्ति में स्वाभाविक रूप से समान दूरी पर होती हैं, जिससे इंटर-चैनल गार्ड बैंड की आवश्यकता कम हो जाती है और डीएफबी लेज़रों की एक सरणी का उपयोग करने वाली पारंपरिक योजना में एकल लाइन के लिए आवश्यक आवृत्ति नियंत्रण से बचा जा सकता है।

यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि ये लाभ न केवल WDM ट्रांसमीटरों पर बल्कि उनके रिसीवरों पर भी लागू होते हैं, जहां अलग-अलग लोकल ऑसिलेटर (LO) सरणियों को एक सिंगल कॉम्ब जनरेटर से बदला जा सकता है। LO कॉम्ब जनरेटर का उपयोग WDM चैनलों के लिए डिजिटल सिग्नल प्रोसेसिंग को और भी आसान बनाता है, जिससे रिसीवर की जटिलता कम होती है और फेज नॉइज़ सहनशीलता बढ़ती है।

इसके अतिरिक्त, समानांतर सुसंगत रिसेप्शन के लिए फेज-लॉकिंग के साथ LO कॉम्ब सिग्नल का उपयोग करके संपूर्ण WDM सिग्नल के टाइम-डोमेन वेवफॉर्म का पुनर्निर्माण करना संभव हो जाता है, जिससे ट्रांसमिशन फाइबर में ऑप्टिकल नॉनलाइनियरिटी के कारण होने वाली कमियों की भरपाई हो जाती है। कॉम्ब-आधारित सिग्नल ट्रांसमिशन के इन वैचारिक लाभों के अलावा, छोटा आकार और किफायती बड़े पैमाने पर उत्पादन भी भविष्य के WDM ट्रांससीवर के लिए महत्वपूर्ण हैं।
इसलिए, विभिन्न कॉम्ब सिग्नल जनरेटर अवधारणाओं में, चिप-स्केल डिवाइस विशेष रूप से रुचिकर हैं। डेटा सिग्नल मॉड्यूलेशन, मल्टीप्लेक्सिंग, रूटिंग और रिसेप्शन के लिए अत्यधिक स्केलेबल फोटोनिक इंटीग्रेटेड सर्किट के साथ संयुक्त होने पर, ऐसे डिवाइस कॉम्पैक्ट, अत्यधिक कुशल WDM ट्रांससीवर की कुंजी साबित हो सकते हैं, जिन्हें कम लागत पर बड़ी मात्रा में निर्मित किया जा सकता है, और जिनकी ट्रांसमिशन क्षमता प्रति फाइबर दसियों Tbit/s तक हो सकती है।

निम्नलिखित चित्र में ऑप्टिकल फ़्रीक्वेंसी कॉम्ब (FCG) को बहु-तरंगदैर्ध्य प्रकाश स्रोत के रूप में उपयोग करने वाले WDM ट्रांसमीटर का योजनाबद्ध आरेख दर्शाया गया है। FCG कॉम्ब सिग्नल को पहले एक डीमल्टीप्लेक्सर (DEMUX) में पृथक किया जाता है और फिर एक EOM इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल मॉड्यूलेटर में प्रवेश करता है। इसके माध्यम से, सिग्नल को इष्टतम स्पेक्ट्रल दक्षता (SE) के लिए उन्नत QAM क्वाड्रचर एम्प्लीट्यूड मॉड्यूलेशन के अधीन किया जाता है।

ट्रांसमीटर निकास पर, चैनलों को एक मल्टीप्लेक्सर (MUX) में पुनः संयोजित किया जाता है और WDM सिग्नल सिंगल मोड फाइबर पर प्रेषित किए जाते हैं। प्राप्तकर्ता छोर पर, तरंगदैर्ध्य विभाजन मल्टीप्लेक्सिंग रिसीवर (WDM Rx), बहु-तरंगदैर्ध्य सुसंगत पहचान के लिए दूसरे FCG के LO स्थानीय ऑसिलेटर का उपयोग करता है। इनपुट WDM सिग्नलों के चैनलों को एक डीमल्टीप्लेक्सर द्वारा अलग किया जाता है और सुसंगत रिसीवर ऐरे (Coh. Rx) को भेजा जाता है, जहाँ स्थानीय ऑसिलेटर LO की डीमल्टीप्लेक्सिंग आवृत्ति का उपयोग प्रत्येक सुसंगत रिसीवर के लिए चरण संदर्भ के रूप में किया जाता है। ऐसे WDM लिंक का प्रदर्शन स्पष्ट रूप से अंतर्निहित कॉम्ब सिग्नल जनरेटर पर, विशेष रूप से ऑप्टिकल लाइन की चौड़ाई और प्रति कॉम्ब लाइन ऑप्टिकल शक्ति पर बहुत हद तक निर्भर करता है।

बेशक, ऑप्टिकल फ़्रीक्वेंसी कॉम्ब तकनीक अभी भी विकास के चरण में है, और इसके अनुप्रयोग परिदृश्य और बाज़ार का आकार अपेक्षाकृत छोटा है। यदि तकनीकी बाधाओं को दूर किया जा सके, लागत कम की जा सके और विश्वसनीयता में सुधार किया जा सके, तो ऑप्टिकल ट्रांसमिशन में बड़े पैमाने पर अनुप्रयोग हासिल करना संभव होगा।