Optische Multiplexverfahren und ihre Kombination für On-Chip-Anwendungen: ein Überblick

Optische Multiplexverfahren und deren Kombination für On-Chip-AnwendungenGlasfaserkommunikation: eine Rezension

Optische Multiplexverfahren sind ein aktuelles Forschungsthema, und Wissenschaftler weltweit forschen intensiv auf diesem Gebiet. Im Laufe der Jahre wurden zahlreiche Multiplextechnologien entwickelt, darunter Wellenlängenmultiplex (WDM), Modenmultiplex (MDM), Raummultiplex (SDM), Polarisationsmultiplex (PDM) und Bahndrehimpulsmultiplex (OAMM). Die Wellenlängenmultiplex-Technologie (WDM) ermöglicht die gleichzeitige Übertragung von zwei oder mehr optischen Signalen unterschiedlicher Wellenlängen über eine einzige Faser und nutzt dabei deren geringe Dämpfung in einem großen Wellenlängenbereich optimal aus. Die Theorie wurde erstmals 1970 von Delange vorgestellt, und erst 1977 begannen die Grundlagenforschungen zur WDM-Technologie mit dem Schwerpunkt auf Anwendungen in Kommunikationsnetzen. Seitdem hat sich die Technologie kontinuierlich weiterentwickelt.optische Faser, Lichtquelle, FotodetektorAuch in anderen Bereichen hat die Erforschung der WDM-Technologie an Fahrt aufgenommen. Der Vorteil des Polarisationsmultiplexings (PDM) liegt in der Vervielfachung der Signalübertragungsmenge. Dies wird dadurch erreicht, dass zwei unabhängige Signale an orthogonalen Polarisationspositionen desselben Lichtstrahls verteilt werden können und die beiden Polarisationskanäle am Empfänger getrennt und unabhängig voneinander identifiziert werden.

Da die Nachfrage nach höheren Datenraten stetig wächst, wurde der letzte Freiheitsgrad des Multiplexings, der Raum, im letzten Jahrzehnt intensiv erforscht. Dabei kommt hauptsächlich das Modenmultiplexverfahren (MDM) zum Einsatz, das von N Sendern erzeugt und durch einen räumlichen Modenmultiplexer realisiert wird. Das vom räumlichen Modus getragene Signal wird schließlich in die Niedermodenfaser eingespeist. Während der Signalübertragung werden alle Moden derselben Wellenlänge als Einheit des Raummultiplex-Superkanals (SDM) behandelt, d. h. sie werden gleichzeitig verstärkt, abgeschwächt und addiert, ohne dass eine separate Modenverarbeitung möglich ist. Beim MDM werden verschiedenen Kanälen unterschiedliche räumliche Konturen (d. h. unterschiedliche Formen) eines Musters zugeordnet. Beispielsweise wird ein Kanal über einen Laserstrahl in Form eines Dreiecks, Quadrats oder Kreises gesendet. Die in realen Anwendungen verwendeten Formen des MDM sind komplexer und weisen einzigartige mathematische und physikalische Eigenschaften auf. Diese Technologie gilt als der revolutionärste Durchbruch in der Glasfaser-Datenübertragung seit den 1980er Jahren. Die MDM-Technologie bietet eine neue Strategie zur Implementierung zusätzlicher Kanäle und zur Erhöhung der Übertragungskapazität mit nur einer Wellenlänge. Der Bahndrehimpuls (OAM) ist eine physikalische Eigenschaft elektromagnetischer Wellen, bei der der Ausbreitungsweg durch die spiralförmige Phasenfront bestimmt wird. Da diese Eigenschaft zur Einrichtung mehrerer separater Kanäle genutzt werden kann, lässt sich die Übertragungsrate bei drahtlosen Bahndrehimpuls-Multiplexverfahren (OAMM) bei Punkt-zu-Punkt-Übertragungen (z. B. drahtloses Backhaul oder Forward) effektiv steigern.