In den letzten Jahren hat die Technologie rasante Fortschritte gemacht, insbesondere im Bereich der Glasfasernetze, die das Rückgrat unserer digitalen Kommunikationsinfrastruktur bilden. Mit dem Aufkommen von Zukunftstechnologien wie autonomem Fahren, 6G-Mobilfunk und Quantenkommunikation wächst der Bedarf an höheren Datenübertragungsraten und größerer Kapazität in den bestehenden Netzinfrastrukturen. Eine vielversprechende Lösung bietet die Weiterentwicklung optischer Schalter, die auf Flüssigkristallspiegeln basieren.
Weiterentwicklung des Wellenlängenmultiplexverfahrens
Funktionsweise und Herausforderungen des bestehenden Verfahrens
Derzeit nutzen Glasfasernetze das Wellenlängenmultiplexverfahren, um die Effizienz der Datenübertragung zu maximieren. Dabei wird Licht, das als Träger für Datenströme fungiert, in mehrere Frequenzen aufgespalten, sodass verschiedene Datenströme über dasselbe Glasfaserkabel gesendet werden können. Ein spektrometrisches Gitter teilt das Lichtsignal in verschiedene Wellenlängen auf. Diese Wellenlängen werden dann durch einen Flüssigkristallspiegel auf unterschiedliche Ausgangsfasern umgeleitet, was eine gleichzeitige Übertragung mehrerer Datenströme ermöglicht. Allerdings ist dieses Verfahren nur in einem begrenzten Frequenzspektrum nutzbar, was die Kapazität der Datenübertragung einschränkt.
Verbesserung durch neue Technologien
Um diesen Herausforderungen zu begegnen, wurden im Rahmen der Projekte WESORAM und Multi-Cap bedeutende Fortschritte gemacht. Das Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena und seine Partner arbeiteten daran, die Kapazität und Flexibilität der Glasfasernetze zu erhöhen. Im Projekt WESORAM wurde der Schaltmechanismus des LCoS-Schalters (Liquid Crystal on Silicon) so weiterentwickelt, dass die Weiterleitung der Datenströme in beliebige Fasern ermöglicht wurde. Diese Kreuzverschaltung führte zu einer erheblichen Steigerung der Netzkapazität, was besonders bei Datenaustauschen über große Entfernungen, etwa zwischen Städten, von Vorteil ist.
Ein weiterer bedeutender Fortschritt war die Erhöhung der spektralen Auflösung des Optikmoduls durch ein neu entwickeltes Gitter. Dieses Gitter ermöglichte eine spektrale Auflösung von 25 GHz (ca. 0,2 nm). Dadurch konnte die Lichtfrequenz des Datenstroms um den Faktor 4 schmalbandiger gemacht werden, wodurch die Datenpakete verkleinert wurden. Diese Verkleinerung der Datenpakete ermöglichte es, dass mehr Datenpakete gleichzeitig durch die Lichtleiter übertragen werden konnten, was die Gesamtkapazität des Netzwerks weiter steigerte.
Signalverstärker für Mehrkernfasern
Entwicklung und Vorteile der Multikanal-Verstärker
Im Projekt Multi-Cap lag der Fokus auf der Entwicklung von Signalverstärkern für Mehrkernfasern, die mehrere Kanäle gleichzeitig bedienen können. Die neu entwickelten Verstärker waren in der Lage, bis zu zwölf Kanäle gleichzeitig zu unterstützen und boten eine Verstärkung von mehr als 20 dB pro Kanal. Eine der herausragenden Eigenschaften dieser Technologie ist ihre Energieeffizienz, da nur ein Verstärkermodul für mehrere Kanäle benötigt wird. Dies führt zu einer erheblichen Reduktion des Energieverbrauchs und einer Steigerung der Effizienz des gesamten Netzwerks.
Zusätzlich zu den energetischen Vorteilen bieten diese Verstärker eine erhöhte Flexibilität und Skalierbarkeit der Glasfasernetze. Mit der Fähigkeit, mehrere Kanäle gleichzeitig zu verstärken, können Netzbetreiber ihre Kapazitäten effizienter verwalten und den steigenden Anforderungen an die Datenübertragung gerecht werden. Diese Technologie ist besonders wertvoll für den Übergang zu datenintensiven Anwendungen wie Cloud Computing und Internet of Things (IoT), die eine hohe Bandbreite und geringe Latenzzeiten erfordern.
Förderung und Ausblick auf künftige Entwicklungen
In den letzten Jahren hat die Technologie enorme Fortschritte gemacht, besonders im Bereich der Glasfasernetze, welche das Fundament unserer digitalen Kommunikationsinfrastruktur darstellen. Mit der Einführung von zukunftsweisenden Technologien wie autonomem Fahren, 6G-Mobilfunk und Quantenkommunikation wird der Bedarf an höheren Datenübertragungsraten sowie einer größeren Kapazität in den bestehenden Netzen immer dringlicher. Die Weiterentwicklung optischer Schalter, die auf Flüssigkristallspiegeln basieren, bietet hier eine vielversprechende Lösung. Optische Schalter ermöglichen schnellere und effizientere Datenübertragungen und tragen somit maßgeblich zur Optimierung der Netzinfrastruktur bei. Diese technologischen Fortschritte sind essenziell, um den ständig wachsenden Anforderungen unserer vernetzten Welt gerecht zu werden und sicherzustellen, dass neue Anwendungen und Dienstleistungen reibungslos implementiert werden können. Besonders im Hinblick auf zukünftige Entwicklungen sind robuste und leistungsfähige Netzinfrastrukturen unerlässlich, um den technologischen Wandel aktiv zu unterstützen.
