Sono passati quasi 20 anni da alloraDWDM è entrato in scena con l'introduzione da parte di Ciena di un sistema a 16 canali nel marzo del 1996, e negli ultimi due decenni ha rivoluzionato la trasmissione di informazioni su lunghe distanze. DWDM è così onnipresente che spesso dimentichiamo che c'è stato un tempo in cui non esisteva e in cui l'accesso alle informazioni dall'altra parte del globo era costoso e lento. Ora non pensiamo a scaricare un film o effettuare una chiamata IP attraverso oceani e continenti. I sistemi attuali hanno in genere 96 canaliper fibra ottica, ognuno dei quali può essere eseguito a100 Gbps, rispetto ai 2,5 Gbps per canale nei sistemi iniziali. Tutto questo mi ha fatto pensare a come spesso occorrano due innovazioni accoppiate insieme per fare una rivoluzione. I personal computer non hanno rivoluzionato la vita in ufficio fino a quando non sono stati accoppiati con le stampanti laser. Allo stesso modo, i vantaggi del DWDM erano enormi grazie agli amplificatori in fibra drogata con erbio (EDFAs).
DWDM sta per Dense Wavelength Division Multiplexing, che è un modo complesso per dire che, poiché i fotoni non interagiscono tra loro (almeno non molto) segnali diversi su diverse lunghezze d'onda della luce possono essere combinati su una singola fibra, trasmessa all'altra estremità, separate e rilevate indipendentemente, aumentando così la capacità portante della fibra del numero di canali presenti. In effetti, il vecchio WDM non denso era in uso da tempo con 2, 3 o 4 canali in circostanze speciali. Non c'era niente di particolarmente difficile nella creazione di un sistema DWDM di base. La tecnologia inizialmente utilizzata per combinare e separare le lunghezze d'onda era costituita da filtri di interferenza a film sottile che erano stati sviluppati in larga misura nel 19thSecolo. (Ora un 'giorno di circuiti integrati fotonici chiamati Arrayed Waveguide Gratings, oAWGvengono utilizzati per eseguire questa funzione.) Ma fino all'avvento degli EDFA non c'era molto vantaggio da DWDM.
La trasmissione dei dati in fibra ottica è iniziata negli anni '70 con la scoperta che alcuni vetri avevano una perdita ottica molto bassa nella regione spettrale del vicino infrarosso e che questi vetri potevano essere formati in fibre che avrebbero guidato la luce da un'estremità all'altra, mantenendola confinata e consegnandolo integro, sebbene ridotto per perdita e dispersione. Con il grande sviluppo di fibre, laser e rivelatori, sono stati costruiti sistemi in grado di trasmettere informazioni ottiche per 80 km prima che fosse necessario "rigenerare" il segnale. La rigenerazione prevedeva il rilevamento della luce, l'utilizzo di un circuito elettronico digitale per ricostruire l'informazione e quindi la ritrasmissione su un altro laser. 80 kmera molto più lontano di quanto potessero andare gli attuali sistemi di trasmissione a microonde "in linea di vista" e la trasmissione in fibra ottica è stata adottata su larga scala. Sebbene 80 km fossero un miglioramento significativo, significava comunque che sarebbero stati necessari molti circuiti di rigenerazione tra Los Angeles e New York. Con un circuito di rigenerazione necessario per canale ogni 80 km, la rigenerazione è diventata il fattore limitante nella trasmissione ottica e il DWDM non era molto praticabile. I filtri allora costosi dovrebbero essere utilizzati ogni 80 km per separare la luce per ciascun canale prima della rigenerazione e per ricombinare i canali dopo la rigenerazione.
Poiché la rigenerazione completa era costosa, i ricercatori hanno iniziato a cercare altri modi per estendere la portata di un sistema di trasmissione in fibra ottica. Alla fine degli anni '80 entrarono in scena gli amplificatori a fibra drogata Erbuim (EDFA). Gli EDFA erano costituiti da fibra ottica drogata con atomi di erbio che, quando pompati con un laser di lunghezza d'onda diversa, creavano un mezzo di guadagno che amplificava la luce in una banda vicina alla lunghezza d'onda di 1550 nm. Gli EDFA consentivano l'amplificazione dei segnali ottici nelle fibre che potevano contrastare gli effetti della perdita ottica, ma non potevano correggere gli effetti della dispersione e altri disturbi. In effetti, gli EDFA generano rumore di emissione spontanea (ASE) amplificato e potrebbero causare distorsioni di non linearità della fibra su una lunga distanza di trasmissione. Quindi gli EDFA non hanno eliminato completamente la necessità di rigenerazione, ma hanno consentito ai segnali di percorrere molti salti di 80 km prima che fosse necessaria la rigenerazione. Poiché gli EDFA erano più economici della rigenerazione completa, sono stati rapidamente progettati sistemi che utilizzavano laser a 1550 nm invece dei 1300 nm allora prevalenti.
Poi è arrivato il momento "ah ah". Poiché gli EDFA replicavano semplicemente i fotoni in entrata e inviavano più fotoni della stessa lunghezza d'onda, due o più canali potevano essere amplificati nello stesso EDFA senza diafonia. Con DWDM un EDFA potrebbe amplificare tutti i canali in una fibra contemporaneamente, a condizione che rientrino nella regione del guadagno EDFA. DWDM ha quindi consentito l'uso multiplo non solo della fibra ma anche degli amplificatori. Invece di un circuito di rigenerazione per ogni canale, ora c'era un EDFA per ogni fibra. Una singola fibra e una catena di un amplificatore ciascuno40~100 km potrebbe supportare 96 diversi flussi di dati.I rigeneratori sono ancora necessari oggi, ogni 1.200 ~ 3.500 km, quando il rumore EDFA ASE accumulato supera una soglia che un processore di segnale digitale e un codec di correzione degli errori possono gestire.
Naturalmente, poiché la regione di guadagno dell'EDFA era limitata a circa 40 nm di larghezza dello spettro, è stata posta grande enfasi sull'adattamento delle diverse lunghezze d'onda ottiche il più vicino possibile. I sistemi attuali posizionano i canali a una distanza di 50GHz, o circa 0,4 nm, e gli esperimenti sugli eroi hanno fatto molto di più.
Parallelamente, le nuove tecnologie hanno aumentato la larghezza di banda per canale a 100 Gbps utilizzando tecniche coerenti di cui abbiamo discusso in altri post del blog. Quindi una singola fibra che nei primi anni '90 avrebbe trasportato 2,5 Gbps di informazioni, ora può trasportare quasi 10 Terabit/sec di informazioni e possiamo guardare film dall'altra parte del globo.
