Höhere Datenraten in Glasfasern mit Frequenzkämmen
Optische Frequenzkämme kommen bisher nur in Atomuhren und in der Forschung zum Einsatz. Mit passendem Abstand zwischen den einzelnen Farben können sie nun auch die Datenübertragung in Glasfaser-Weitverkehrsstrecken beschleunigen.
(Bild: KIT/J. Pfeifle)
(Bild: Nature Photonics )
Im Januar 2014 demonstrierte Alcatel-Lucent in Zusammenarbeit mit der British Telecom, dass sich die Gesamtkapazität einer Glasfaserstrecke durch dichteres Staffeln der verschiedenen Wellenlängen (Farben) steigern lässt. Bei dem Versuch waren sieben 200-GBit/s-Kanäle in einem 35-GHz-Abstand statt der üblichen 50 GHz angeordnet, sodass 1,4 Terabit/s über 410 Kilometer liefen.
Noch engere Packungsdichten dürften mit herkömmlicher Technik aber kaum machbar sein, denn bislang verwendet man mehrere Laserlichtquellen unterschiedlicher Wellenlängen. Problematisch daran ist, dass sich die Wellenlänge nur schwer feineinstellen lässt. Deshalb muss man Sicherheitsabstände zwischen den Kanälen einplanen, damit sich die Signale zweier benachbarter Kanäle nicht gegenseitig stören, falls die zugehörigen Lichtquellen frequenzmäßig aufeinander zu driften.
Diesen Sicherheitsabstand vermeiden optische Frequenzkämme: Bei ihnen entstehen die unterschiedlichen Farben aus derselben Quelle, sie haben dabei ein festes Wellenlängenraster. Für die Erforschung optischer Frequenzkämme erhielten Theodor W. Hänsch und John Hall 2005 den Physik-Nobelpreis. Schon 2008 zeigte ein Team des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik, dass sich solche Lichtquellen auch als integrierte Bausteine konstruieren lassen und damit prinzipiell in der Telekommunikationstechnik einsetzbar sind. Allerdings lagen die Spektrallinien damals mit einem Abstand von 400 GHz noch viel zu weit auseinander, als dass sie bei der Datenübertragung in Glasfasern nach heutigen Standards einen Vorteil brächten.
Die entscheidende Verbesserung schafften nun Teams des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und der École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL): Letztere produzierten einen optischen Mikroresonator auf Silizium-Nitrid-Basis, der Farben mit einem Abstand von nur 25 GHz erzeugt. Damit konnte das KIT-Team um Jörg Pfeifle dann insgesamt 1,44 Terabit/s über 300 Kilometer transportieren, wie die Forscher in einem Nature-Photonics-Beitrag berichten.
Bis die Technik serienreif ist und optische Weitverkehrsstrecken beschleunigen kann, bleibt indes noch einiges zu tun: Heute übliche Glasfaserstrecken nutzen bis zu 88 Wellenlängen parallel und schaffen pro Wellenlänge schon bis zu 400 GBit/s, wogegen Pfeifle und Kollegen sich im Versuch auf 72 GBit/s und 20 Kanäle beschränkten.
(ea)
