Det har gått nästan 20 år sedanDWDM kom på scenen med Cienas introduktion av ett 16-kanalssystem i mars 1996, och under de senaste två decennierna har det revolutionerat överföringen av information över långa avstånd. DWDM är så allestädes närvarande att vi ofta glömmer att det fanns en tid då det inte fanns och när det var dyrt och långsamt att komma åt information från andra sidan jordklotet. Nu tänker vi ingenting på att ladda ner en film eller ringa ett IP-samtal över hav och kontinenter. Nuvarande system har vanligtvis 96 kanalerper optisk fiber, som var och en kan köras kl100 Gbps, jämfört med 2,5 Gbps per kanal i de ursprungliga systemen. Allt detta fick mig att tänka på hur det ofta krävs två innovationer kopplade för att göra en revolution. Persondatorer revolutionerade inte kontorslivet förrän de kombinerades med laserskrivare. På samma sätt var fördelarna med DWDM enorma på grund av erbiumdopade fiberförstärkare (EDFAs).
DWDM står för Dense Wavelength Division Multiplexing, vilket är ett komplext sätt att säga att eftersom fotoner inte interagerar med varandra (åtminstone inte mycket) kan olika signaler på olika våglängder av ljus kombineras på en enda fiber, överföras till den andra. slut, separeras och detekteras oberoende, vilket ökar fiberns bärförmåga med antalet närvarande kanaler. I själva verket hade icke-Dense, vanlig gammal WDM, använts under en tid med 2, 3 eller 4 kanaler under speciella omständigheter. Det var inget särskilt svårt med att bygga ett grundläggande DWDM-system. Tekniken som ursprungligen användes för att kombinera och separera våglängderna var tunnfilmsinterferensfilter som hade utvecklats i hög grad under de 19thÅrhundrade. (Nu är fotoniska integrerade kretsar som kallas Arrayed Waveguide Gratings, ellerAWGsanvänds för att utföra denna funktion.) Men fram till tillkomsten av EDFA fanns det inte mycket nytta av DWDM.
Fiberoptisk dataöverföring började på 1970-talet med upptäckten att vissa glasögon hade mycket låga optiska förluster i det nära infraröda spektralområdet, och att dessa glasögon kunde formas till fibrer som skulle leda ljuset från ena änden till den andra och hålla det begränsat och leverera den intakt, även om den reduceras av förlust och spridning. Med mycket utveckling av fibrer, lasrar och detektorer byggdes system som kunde överföra optisk information i 80 km innan det var nödvändigt att "regenerera" signalen. Regenerering involverade att detektera ljuset, använda en elektronisk digital krets för att rekonstruera informationen och sedan återsända den på en annan laser. 80 kmvar mycket längre än det nuvarande "siktlinje" mikrovågsöverföringssystemen kunde gå, och fiberoptisk överföring antogs i stor skala. Även om 80 km var en betydande förbättring, innebar det fortfarande att det skulle behövas en hel del regenereringskretsar mellan LA och New York. Med en regenereringskrets som behövdes per kanal var 80:e km, blev regenerering den begränsande faktorn vid optisk överföring och DWDM var inte särskilt praktiskt genomförbart. De då dyra filtren skulle behöva användas var 80:e km för att separera ljuset för varje kanal före regenerering och för att rekombinera kanalerna efter regenerering.
Eftersom full regenerering var dyrt började forskare leta efter andra sätt att utöka räckvidden för ett optiskt fiberöverföringssystem. I slutet av 1980-talet kom Erbuim Doped Fiber Amplifers (EDFA) på scenen. EDFAs bestod av optisk fiber dopad med Erbium-atomer som, när de pumpades med en laser med en annan våglängd, skapade ett förstärkningsmedium som skulle förstärka ljus i ett band nära 1550nm våglängden. EDFA:er möjliggjorde förstärkning av de optiska signalerna i fibrer, vilket kunde motverka effekterna av optisk förlust, men kunde inte korrigera för effekterna av spridning och andra försämringar. Faktum är att EDFA genererar förstärkt spontanemission (ASE) brus och kan orsaka fibericke-linjäritetsförvrängningar över ett långt överföringsavstånd. Så EDFA:er eliminerade inte behovet av regenerering helt, utan tillät signalerna att gå många 80 km hopp innan regenerering behövdes. Eftersom EDFA var billigare än full regenerering, designades snabbt system som använde 1550nm lasrar istället för då rådande 1300nm.
Sedan kom "ah ha"-ögonblicket. Eftersom EDFA:er bara replikerade fotonerna som kom in och skickade ut fler fotoner med samma våglängd, kunde två eller flera kanaler förstärkas i samma EDFA utan överhörning. Med DWDM skulle en EDFA kunna förstärka alla kanalerna i en fiber på en gång, förutsatt att de passar inom området för EDFA-förstärkning. DWDM tillät sedan flera användningar av inte bara fibern utan även förstärkarna. Istället för en regenereringskrets för varje kanal fanns det nu en EDFA för varje fiber. En enda fiber och en kedja av en förstärkare var40~100 km kunde stödja 96 olika dataströmmar.Regeneratorer behövs fortfarande idag, var 1 200 ~ 3 500 km, när det ackumulerade EDFA ASE-bruset överstiger en tröskel som en digital signalprocessor och felkorrigeringscodec kan hantera.
Eftersom förstärkningsområdet för EDFA var begränsad till cirka 40 nm spektrabredd, lades naturligtvis stor vikt vid att passa de olika optiska våglängderna så nära varandra som möjligt. Nuvarande system placerar kanaler 50GHz, eller ungefär 0,4 nm, från varandra, och hjälteexperiment har gjort mycket mer.
Parallellt har nya teknologier ökat bandbredden per kanal till 100 Gbps med hjälp av sammanhängande tekniker som vi har diskuterat i andra blogginlägg. Så en enda fiber som i början av 1990-talet skulle ha burit 2,5 Gbps information, kan nu bära nästan 10 terabit/sek med information, och vi kan se filmer från andra sidan jordklotet.
