Entwicklung praktischer Anwendungsmöglichkeiten für phasensensitive optische Verstärker
Optische Verstärker sind ein wichtiger Bestandteil optischer Kommunikationssysteme, da sie den Übertragungsverlust von Glasfasern kompensieren und somit die Signalintegrität der übertragenen Informationen sicherstellen. Da phasensensitive Verstärker (PSA) kohärent sind, spielen die Verhältnisse zwischen den Phasen der optischen Wellen bei der Einspeisung eine Schlüsselrolle. PSAs haben im Vergleich zu allen anderen optischen Verstärkern einzigartige und vorteilhaftere Eigenschaften, was sich insbesondere in ihrem Potenzial für geräuschlose Verstärkung und ihrer sehr hohen optischen Bandbreite äußert. Außerdem ermöglichen sie ein breites Spektrum an ultraschnellen, rein optischen Funktionalitäten. In der Kommunikation besteht ein großer Bedarf für die Entwicklung neuer Technologien, die die nicht-lineare Shannon-Kapazitätsgrenze überwinden können – eine ernstzunehmende Hürde, denn um die wachsende Nachfrage nach mehr Bandbreite zu befriedigen, ist eine stetige Steigerung der Kapazität notwendig. Obwohl der Nutzung von PSAs ein wichtiger Teil dieser Entwicklung zugedacht ist, müssen zunächst mehrere bedeutende Hürden genommen werden, bevor man sie in der Telekommunikation und anderen möglichen Bereichen anwenden kann. Hürden überwinden Die Forscher des EU-finanzierten Projekts PSOPA begannen damit, sich mit diesem Problem auseinanderzusetzen. Ein Problem stellt beispielsweise das unerwünschte Phänomen der gesteigerten Brillouin-Streuung dar, die die optische Energie begrenzt, die in einen Lichtwellenleiter geleitet werden kann. "Es gibt zwar Technologien, die die Obergrenze dieses Effekts erhöhen, doch gehen mit diesen auch Leistungseinbußen einher", sagt Projektkoordinator Peter Andrekson. "Wir haben eine Vorgehensweise entwickelt, die darauf basiert, Faserabschnitte mit optischen Isolatoren zu verbreitern, was die Obergrenze um mehr als eine Größenordnung erhöht, ohne dass die üblichen Einbußen eintreten." Ein weiteres Problem, das mit Hilfe von PSOPA gelöst werden konnte, war der Bedarf an einer geräuscharmen, leistungsstarken Pumpwelle bei jedem PSA in einem Datenübertragungssystem. "Hier haben wir ein rein optisches Verfahren zur Rückgewinnung einer schwachen Pumpwelle für den PSA eingeführt, bei dem das sogenannte Injection Locking zur Anwendung kommt. Dass dies funktioniert, zeigt, dass es sich hierbei um eine äußerst vielversprechende Technik zur Aufrechterhaltung der PSA-Leistung in einem System handelt", erklärt Andrekson. Mit Hilfe des PSOPA-Projekts konnten auch technische Herausforderungen überwunden werden. "Wir haben Fortschritte in Richtung einer neuen und kompakten Plattform zur Implementierung von PSA gemacht, indem wir nicht-lineare Wellenleiter aus Siliziumnitrat verwendet haben", sagt Andrekson. "Obwohl nicht-lineare Verstärkung in solchen Chips erst noch demonstriert werden muss, ist dies nach wie vor eine vielversprechende Plattform, da sie in einem breiten Spektrum von Betriebswellenlängen realisiert werden und neue Anwendungsbereiche außerhalb der Telekommunikation ermöglichen kann." Andrekson fügt hinzu, dass die Kombination aus der hohen Geräuscharmut des PSA und dem nicht-linearen Eindämmungspotenzial der Glasfasern, das bei diesem Projekt entdeckt wurde, zum ersten Mal in einem faseroptischen Langstrecken-Datenübertragungssystem experimentell erforscht wurde. "Diese Experimente zeigten eine deutliche Steigerung der Reichweite bei der Datenübertragung auf, und zwar auf das Dreifache eines konventionellen Verstärkers", sagt er. Wirtschaftliches Potenzial Andrekson merkt auch an, dass ihnen diese Vorgehensweisen beim PSOPA-Projekt erlaubten, PSA in einer alle Rekorde brechenden Demonstration von hoher Empfindlichkeit in optischen Verbindungen im freien Raum einzusetzen. "Wir haben das erst recht spät bei dem Projekt erreicht und daher ist dies etwas, an dem wir intensiv weiterforschen werden", sagt Andrekson. "Dies ist womöglich die vielversprechendste Vermarktungsmöglichkeit für die Forschungsergebnisse des Projekts. Eine der weiteren Anwendungsmöglichkeiten beinhaltet optische Kommunikation im freien Raum mit sehr hoher Reichweite, was für die Kommunikation zum Mond oder Mars notwendig wäre." Die Projektteilnehmer befinden sich derzeit im Gespräch mit Unternehmen und Raumfahrtbehörden, darunter auch die Europäische Weltraumorganisation (ESA).
Schlüsselbegriffe
PSOPA, PSA, optische Kommunikation, phasensensitive Verstärker
