Glasfasern noch leistungsfähiger machen
Glasfasern ermöglichen schon heute den rasend schnellen Austausch von Daten. Für kommende Zukunftstechnologien wie das autonome Fahren werden herkömmliche faseroptische Systeme jedoch nicht mehr leistungsstark genug sein. Zwei neue Forschungsprojekte, an denen das Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF beteiligt ist, befassen sich mit der Frage, wie die Kapazität solcher faseroptischen Übertragungssysteme in Zukunft signifikant gesteigert werden kann.
Sie ist die Ader des schnellen Internets: die Glasfaser. Doch mit der stetig wachsenden Menge von Daten stößt das vorhandene Glasfasernetz bald an seine Grenzen. Expertinnen und Experten schätzen, dass der Datenverkehr im World Wide Web langfristig jährlich um über 25 % wachsen wird. Insbesondere vor dem Hintergrund relevanter Zukunftstechnologien – wie etwa dem autonomen Fahren, der 5G-Mobilfunktechnoligie, intelligenten Städten oder dem Internet of Things – muss die Leistungsfähigkeit faseroptischer Netze weiter gesteigert werden. Dieser Herausforderung stellen sich aktuell zwei neue Forschungsprojekte, an denen das Fraunhofer IOF beteiligt ist: die Projekte WESORAM und Multi-Cap.
Herkömmliche Glasfasernetze nutzen faseroptische Systeme. In ihnen werden über verschiedene Frequenzen bzw. Wellenlängen mehrere parallele Kommunikationskanäle realisiert. Dadurch können in einer einzigen Glasfaser mehrere Signale gleichzeitig übertragen und anhand der Wellenlänge, die der Lichtfarbe entspricht, zugeordnet werden. Man spricht hierbei vom sogenannten »Wellenlängenmultiplexverfahren«. Das Verfahren kann jedoch nur in einem begrenzten Frequenzspektrum eingesetzt werden.
Zwei neue Forschungsprojekte haben sich das Ziel gesetzt, leistungsfähigere Glasfasern zu entwickeln. Damit soll künftig die Datenübertragung in faseroptischen Systemen signifikant erhöht werden.
WESORAM entwickelt neue optische Schalter zur Selektion von Wellenlängen
Um diesen Einschränkungen entgegenzuwirken und gleichzeitig den wachsenden Anforderungen an die Übertragung via Glasfaser gerecht zu werden, müssen neue Wege gefunden werden. Eine weitere Parallelisierung in der optischen Datenübertragung kann ein solcher Weg sein. Mit ihr kann die Kapazität optischer Netze deutlich erhöht werden, denn neue Glasfasertypen erlauben die simultane Ausbreitung von Wellen derselben Wellenlänge bzw. Frequenz in mehreren räumlichen Übertragungspfaden. Das bekannte Wellenlängenmultiplexverfahren wird damit zu einem sogenannten »Raummultiplexverfahren« ausgeweitet. Für faseroptische Übertragungssysteme bedeutet das eine erhebliche Kapazitätssteigerung.
Das Projekt WESORAM widmet sich in diesem Zusammenhang der Entwicklung eines wellenlängenselektiven Schalters für das optische Raummultiplexing. Hierfür werden für optische Netzwerke neue optische Schalter entwickelt, welche eine Parallelisierung der Raumkanäle ermöglicht.
Das Fraunhofer IOF bringt in dieses Projekt sein Know-how im Bereich Optikdesign sowie Mikrooptiken ein. Am Institut soll bis 2024 ein Prototyp gebaut werden. Dafür wird in Jena zunächst das optische Design umgesetzt sowie anschließend die optischen Komponenten für den Prototypen gebaut.
Multi-Cap will Effizienz von Glasfasern mittels Multikernfasern steigern
Um eine weitere Dimension des Multiplexing zu nutzen, können außerdem mehrere Kanäle, räumlich voneinander getrennt, in einem einzelnen Kabelstrang übertragen werden. Hier setzt wiederum das Projekt Multi-Cap an: Mithilfe moderner Fasertechnologie ist es möglich, mehrere Signalkerne – also Übertragungskanäle – in eine einzelne Glasfaser einzubringen. Man spricht dann von einer »Mehr- oder Multikernfaser«. Auf diese Weise wird nicht nur signifikant Platz gespart. Zusätzlich wird es damit möglich, weitere Komponenten der Übertragungsstrecke, wie zum Beispiel Verstärker, nur einmal einzusetzen, statt für jede Faser einzeln. Hierdurch können signifikant Energie und Kosten eingespart werden.
Ziel des Projektes Multi-Cap ist es, bis 2024 die Grenzen der Genauigkeit optischer Parameter von Multikernfasern im Vergleich zu klassischen Einzelkernfasern zu untersuchen. Langfristig soll damit deren Integration in Telekommunikationsnetzwerke ermöglicht werden. Neben einer Kapazitätssteigerung können dabei Energieersparnis von mehr als 20 % durch Raummultiplexing ermöglicht werden.
Im Fasertechnologiezentrum des Fraunhofer IOF (linker Anbau) werden an neuen Generationen von Fasern für verschiedene Einsatzbereiche geforscht.
Das Fraunhofer IOF ist im Projekt sowohl am faser- als auch am lasertechnologischen Aspekt dieser Untersuchungen beteilig. Design und Herstellung einer optimierten Mehrkernfaser werden am Institut selbst erfolgen.
Kontakte
Projekt WESORAM
Steffen Trautmann
Telefon: +49 (0) 3641 807-403
Mail: steffen.trautmann@iof.fraunhofer.de
Projekt Multi-Cap
Till Walbaum
Telefon: +49 (0) 3641 807- 705
Mail: till.walbaum@iof.fraunhofer.de