Optischer Schalter für Hochleistungsnetze mit Raummultiplexing
Innovative datengetriebene Anwendungen wie beispielsweise Industrie 4.0 oder hochaufgelöstes Videostreaming führen zu beträchtlichen Zuwachsraten des (Internet-)Datenverkehrs. Auch zusätzliche Datenströme, die aus der aufkommenden 5G-Mobilfunktechnologie resultieren, müssen über die nachgelagerte Glasfaserinfrastruktur geführt werden. Mit fortschreitender Digitalisierung von Gesellschaft und Wirtschaft stößt die jetzige Netzinfrastruktur jedoch bald an ihre Kapazitätsgrenzen. Zudem ist der Datenverkehr derzeitig mit einem hohen Energieverbrauch verbunden. Umso mehr besteht hier ein hoher Handlungsbedarf, eine skalierbare Netzinfrastruktur und dazugehörige Komponenten mit einer hohen Kosten- und Energieeffizienz zu entwickeln. Vorhandene Glasfasernetze nutzen faseroptische Systeme, in denen über verschiedene Wellenlängen mehrere parallele Kommunikationskanäle realisiert werden können. Dadurch können in einer Glasfaser mehrere Signale gleichzeitig übertragen und anhand der Wellenlänge, die der Lichtfarbe entspricht, zugeordnet werden. Um künftigen Anforderungen an die Glasfaserübertragung gerecht zu werden, ist ein Paradigmenwechsel erforderlich: Eine weitere Parallelisierungsdimension in der optischen Datenübertragung kann dazu dienen, die Kapazität optischer Netze deutlich zu erhöhen. Neue Glasfasertypen ermöglichen die simultane Ausbreitung von Signalen derselben Wellenlänge in mehreren räumlichen Übertragungspfaden. Diese Eigenschaft erweitert das bekannte Wellenlängenmultiplex- um Raummultiplexverfahren, mit dem in faseroptischen Übertragungssystemen ein erheblicher Kapazitätssprung erzielt werden kann.
Eine wichtige Komponente in künftigen optischen Netzen, die auf Raummultiplex basieren, sind dynamisch konfigurierbare optische Multiplexer, mit deren Hilfe optische Wellenlängenkanäle räumlich verschaltet werden. Im Projekt „ Wellenlängenselektive Schalter für optisches Raummultiplex ( WESORAM)“ wird hierfür ein neuartiger optischer wellenlängenselektiver Schalter (WSS) entwickelt, mit dem die Kanäle sowohl im Wellenlängenbereich als auch im Raumbereich, d. h. zwischen Fasern bzw. Kernen einer Glasfaser, verschaltet werden. Für diesen Raummultiplex-WSS werden zwei Konzepte untersucht, bei denen entweder die Kanäle in den unterschiedlichen Raumkanälen gleichzeitig verschaltet werden oder zusätzlich eine Verschaltung der Wellenlängenkanäle zwischen den Raumkanälen ermöglicht wird. Zum Abschluss des Projekts wird der WSS im optischen Übertragungssystem im Labor mit Kanaldatenraten bis zu 200 Gbit/s getestet.
Im Projekt wird auf eine Flüssigkristalltechnologie aufgesetzt, die ihren Ursprung in der Projektion (z. B. bei Projektionsdisplays für Heimkinoprojektoren) hat. Wesentliche Neuerungen im WESORAM-Projekt gegenüber konkurrierenden Lösungsansätzen bestehen in der Entwicklung einer Komponente, die für optisches wellenlängenselektives Schalten optimiert wird, sowie in einem neuartigen Kontrollkonzept. Im Gegensatz zu anderen bekannten Ansätzen ermöglichen die Komponenten eine Schaltung, bei der verschiedene Eingangsfasern auch Signale gleicher Wellenlängen tragen können. Hinsichtlich der Flexibilität beim Einsatz eines WSS im optischen Übertragungssystem stellt das ein qualitativ neues und vielversprechendes Konzept dar. Das Vorhaben liefert einen entscheidenden Beitrag zur Etablierung von Raummultiplex-basierten Übertragungssystemen, die Kapazitätsengpässen und hohem Energieverbrauch bei künftigen datenintensiven Anwendungen vorbeugen.