Die Datenübertragung in modernen Glasfasernetzen steht vor großen Herausforderungen, um den ständig steigenden Anforderungen an Geschwindigkeit und Kapazität gerecht zu werden. Fortschritte in der Technologie optischer Schalter und Flüssigkristallspiegel könnten eine entscheidende Rolle spielen, um diese Herausforderungen zu meistern. Mit neuen Methoden wie dem Wellenlängenmultiplexverfahren (WDM) und der Entwicklung von Mehrkernfasern arbeitet das Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena an zukunftsweisenden Lösungen.
Fortschritte im Wellenlängenmultiplexverfahren
Flexibilisierung des Schaltmechanismus mit Flüssigkristallspiegeln
Im Rahmen des Projekts WESORAM hat das Fraunhofer IOF bedeutende Fortschritte in der Verbesserung des Wellenlängenmultiplexverfahrens erzielt. Der flexible Schaltmechanismus des Flüssigkristallspiegels ermöglicht es, Lichtsignale nach ihrer Frequenztrennung an verschiedene Fasern weiterzuleiten. Diese Technologie erweitert das herkömmliche Wellenlängenmultiplexverfahren zu einem Raummultiplexverfahren, bei dem das Prinzip „eine-Frequenz-mehrere-Fasern“ anwendbar ist. Diese Kreuzverschaltung steigert die Kapazität der Netzwerke und bietet flexiblere Datenübertragungswege, indem sie die Anzahl der notwendigen optischen Schalter reduziert und somit Kosten spart.
Die Möglichkeit, jede Frequenz auf eine andere Faser umzuleiten, eröffnet neue Perspektiven für die Datendurchsatzleistung. Es erlaubt eine dynamischere und effizientere Nutzung der Netzwerkressourcen. Angesichts der stetig steigenden Nachfrage nach höheren Bandbreiten, insbesondere in Hinsicht auf die 5G- und 6G-Technologien, stellt diese Innovation einen entscheidenden Fortschritt dar. Neben der Kostenreduktion durch weniger optische Schalter bietet das neue Schaltprinzip zudem eine erhöhte Zuverlässigkeit und Flexibilität im Betrieb von Glasfasernetzen. Dies könnte vor allem in urbanen Gegenden mit hoher Datenverkehrsdichte von großer Bedeutung sein.
Erhöhung der spektralen Auflösung
Ein weiterer Durchbruch wurde durch die Steigerung der spektralen Auflösung des Optikmoduls erreicht. Das neu entwickelte Gitter erlaubt eine Auflösung von bis zu 25 GHz. Diese Verbesserung ermöglicht eine Vervierfachung der möglichen Datenpaketdichte, was zu einer erheblich höheren Netzwerkeffizienz führt. Mehr Daten können gleichzeitig über dieselbe Glasfaser übertragen werden, ohne Qualitätseinbußen zu riskieren.
Die höhere spektrale Auflösung ist ein entscheidender Fortschritt für die Bewältigung der Anforderungen zukünftiger Technologien. Anwendungen wie autonomes Fahren, künstliche Intelligenz und Quantenkommunikation benötigen extrem schnelle und zuverlässige Datenverbindungen. Die Möglichkeit, mehr Datenpakete gleichzeitig und parallel zu übertragen, ohne dass signifikante Verluste auftreten, markiert einen Meilenstein in der Weiterentwicklung der Glasfasertechnologie. Diese neuen Technologien benötigen stabile und zeitkritische Datenverbindungen, was durch die verbesserte spektrale Auflösung gewährleistet wird.
Parallele Datenübertragung mit Mehrkernfasern
Entwicklung von Mehrkernfasern und Signalverstärkern
Im Projekt Multi-Cap lag der Fokus auf der parallelen Datenübertragung mithilfe von Mehrkernfasern. Diese speziellen Glasfasern enthalten mehrere Datenkerne, sind jedoch kaum dicker als klassische Glasfasern. Die entwickelten Signalverstärker können bis zu zwölf Kanäle gleichzeitig verstärken, wobei eine Verstärkung von mehr als 20 dB pro Kanal erreicht wird. Diese Technik ist besonders energieeffizient, da ein einziges Verstärkermodul für mehrere Kanäle ausreicht. Dies minimiert den Energieverbrauch und reduziert gleichzeitig die notwendige Hardware.
Mehrkernfasern bieten eine enorm hohe Übertragungskapazität, die herkömmliche Glasfaserkabel bei Weitem übersteigt. Dies ist von zentraler Bedeutung für die zukünftige Kommunikationsinfrastruktur, da die Nachfrage nach schnellen und zuverlässigen Internetverbindungen stetig wächst. Anwendungen wie Streaming-Dienste, Online-Gaming und Cloud-Computing profitieren erheblich von der erhöhten Datenübertragungskapazität. Darüber hinaus spielen Mehrkernfasern eine wichtige Rolle bei der Redundanzschaltung, um die Ausfallsicherheit von Netzwerken zu erhöhen.
Energieeffizienz und praktischer Nutzen
Die moderne Datenübertragung in Glasfasernetzen steht vor erheblichen Herausforderungen, um den wachsenden Anforderungen an Geschwindigkeit und Kapazität gerecht zu werden. Fortschritte in der Technologie, insbesondere bei optischen Schaltern und Flüssigkristallspiegeln, könnten eine wichtige Rolle spielen, um diese Probleme zu lösen. Hierbei setzen viele Forscher auf innovative Ansätze. Das Wellenlängenmultiplexverfahren (WDM) erlaubt es, mehrere Datenkanäle gleichzeitig über eine einzige Glasfaser zu übertragen, wodurch die Effizienz und Kapazität erheblich gesteigert werden kann. Ein weiterer Ansatz ist die Entwicklung von Mehrkernfasern, die mehreren Lichtstrahlen ermöglichen, neben- und miteinander durch eine Faser zu laufen, was die Gesamtleistung des Netzes erheblich erhöht. Das Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena ist einer der führenden Akteure in diesem Bereich und arbeitet intensiv an zukunftsweisenden Lösungen, um den steigenden Anforderungen der digitalen Welt gerecht zu werden.
