10 März Optimierte Übertragung: räumlich multiplexen und Bandbreite reduzieren
Heute nutzen Glasfasernetze Techniken wie das Wellenlängenmultiplexing. Dabei wird das Licht mithilfe eines spektrometrischen Gitters in verschiedene Wellenlängen aufgeteilt. Diese werden an einen Flüssigkristallspiegel (Liquid Crystal on Silicon, LCoS) geschickt, der die Signale an eine Glasfaser weiterleitet, so können in jeder Faser mehrere Datenströme transportiert werden. Das Verfahren ist jedoch nur in einem begrenzten Frequenzspektrum nutzbar. In den Projekten ‚Wesoram‘ (Wellenlängenselektive Schalter für optisches Raummultiplex) und ‚Multi-Cap‘ arbeitete das Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena gemeinsam mit den Partnern an neuen Glasfasertechniken.
Kreuzverschaltung: Eine Frequenz auf mehreren Fasern
Im Projekt Wesoram haben Dr. Steffen Trautmann und sein Team am Fraunhofer IOF die Technologie gemeinsam mit den Projektpartnern weiterentwickelt. Zunächst hat das Team den Schaltmechanismus des LCoS-Schalters so flexibilisiert, dass er die Weiterleitung des Datenstroms in beliebige Fasern ermöglicht. Nachdem das Gitter das eingehende Lichtsignal in Frequenzen gesplittet hat, schickt der Flüssigkristallspiegel jede Frequenz auf eine andere Faser. Das herkömmliche Wellenlängenmultiplexverfahren wird also zu einem Raummultiplexverfahren ausgeweitet. Ergänzend zum Prinzip ‚mehrere Frequenzen – eine Faser‘ ist damit auch das Prinzip ‚eine Frequenz – mehrere Fasern‘ anwendbar.
Trautman erklärt: „In unserem Projekt ist es gelungen, die Signale von acht Eingangskanälen beliebig auf 16 Ausgangskanäle zu schicken.“ Durch diese Kreuzverschaltung steigt die Kapazität der Netze, denn das Senden und Weiterleiten der Datenströme wird viel flexibler. „Das ist besonders nützlich, wenn die Daten über längere Strecken, etwa zwischen Städten, geschickt werden“, so Trautmann. Ein weiterer Vorteil besteht laut den Forscherinnen und Forschern darin, dass insgesamt weniger optische Schalter für das Glasfasernetz benötigt werden. Dadurch sinken die Kosten bei der Installation und im laufenden Betrieb.
Kleinere Datenpakete durch höhere Auflösung
In einem nächsten Schritt wurde die Auflösung des Optikmoduls durch ein neu entwickeltes Gitter erhöht, erklären die Forschenden. „Derzeit markiert eine spektrale Auflösung von 100 GHz (etwa 0,8 nm) den Stand der Technik“, so Trautmann. „Der von uns entwickelte Spiegel schafft bis zu 25 GHz (etwa 0,2 nm).“ Durch die höhere Auflösung ist die Lichtfrequenz des Datenstroms um den Faktor 4 schmalbandiger, die Datenpakete sind dementsprechend kleiner. So lassen sich viel mehr Datenpakete gleichzeitig durch die Lichtleiter übertragen.
Ausweitung auf Mehrkernfasern
Ergänzt wird Wesoram durch das Projekt Multi-Cap. Hier arbeiten die Forschenden nach eigenen Angaben daran, die Zahl der Kanäle für die parallele Datenübertragung zu erhöhen. Klassische Glasfasern enthalten einen Datenkanal und einen Signalkern, Mehrkernfasern dagegen nutzen mehrere Kerne für die Datenübertragung. Obwohl diese Kabel viel mehr Leiter enthalten, sind sie kaum dicker. Das Team am Fraunhofer IOF hat die für Mehrkernfasern nötigen Signalverstärker entwickelt. Diese können laut den Forschenden bis zu zwölf Kanäle gleichzeitig bedienen und eine Verstärkung von mehr als 20 dB pro Kanal liefern. Die Technik ist nach Angaben der Forschenden deutlich energieeffizienter, da nur ein Verstärkermodul für zwölf Kanäle erforderlich ist.
Projekt Multi-Cap: Der Verstärker kann die Signale in bis zu zwölf Datenkanälen in einem Faserstrang verstärken. Bild: Fraunhofer IOF
Beteiligte Wesoram-Partner
Projektpartner waren Adtran Networks aus Meiningen sowie das Berliner Unternehmen Holoeye Photonics, das sich eigenen Angaben zufolge auf optische Systeme spezialisiert und den Flüssigkristallspiegel gebaut hat. Die Expertinnen und Experten des Fraunhofer IOF waren für das Optikdesign zuständig, haben für das spektrometrische Gitter einen Strahlteiler mittels Ultrapräzisionstechnologie entwickelt und alle Komponenten in einem Bauteil integriert.
Beide Projekte wurden vom Bundesministerium für Bildung und Forschung und vom Verein Deutscher Ingenieure VDI gefördert.
Quelle und Bild: www.iof.fraunhofer.de
