Glasfasernetze mit Lichtgeschwindigkeit
Technologien mit hohem Datenverbrauch wie z. B. Video-on-demand-Dienste, Echtzeit-Multiplayer-Spiele, cloud- und serverseitige Speicheranwendungen sowie unmittelbare virtuelle und erweiterte Realität fachen die Nachfrage nach einem hohen Datendurchsatz und schnellen Reaktionszeiten an. Um dem immer stärkeren Wachstum des Datenverkehrs gerecht zu werden, benötigen Datenvermittlungstechnologien größere Schaltkapazitäten und eine höhere Verbindungsbandbreite. Die am EU-finanzierten Projekt SwIFT arbeitenden Forscher gingen diese Herausforderung mit Begeisterung an. Im Rahmen eines internationalen Novums wurde ein neuartiger Schaltmechanismus in einem photonischen Chip enthüllt, der von winzigen Tropfen angetrieben wird, welche die Zukunft der Datenkommunikation und Telekommunikation disruptiv verändern könnten. Photonik und Mikrofluidik in Kombination SwIFT gründete auf der rasant wachsenden Siliziumphotoniktechnologie, die sich seit kurzem als attraktive Plattform für optische Schalter bewährt hat. In diesen wird Licht aufgrund der hohen Brechzahl eng in Siliziumwellenleiter eingeschlossen. „Diese enge Einschließung ermöglicht die Erstellung äußerst kompakter optischer Schaltungen mit einer hohen Dichte. Die sehr ergiebigen Prozesse auf Wafer-Ebene, die die Siliziumphotonik bietet, eröffnen die Möglichkeit der Erstellung fortschrittlicher und zuverlässiger Kompaktschalterkomponenten, die in größeren Volumen relativ gesehen zu geringeren Kosten gefertigt werden können“, bemerkt Projektkoordinator Jan Watté. SwIFT ging noch einen Schritt weiter und läutete einen Paradigmenwechsel im Bereich der optischen Schaltung ein. Im Kern des Konzepts der optischen Schaltung, das über das Projekt eingeführt wurde, steht die Kombination von Siliziumphotonik mit Fluidik. Der Lichtstrahl, der auf das Schaltbrett des Siliziumphotonikchips trifft, kann je nach Position der Tropfen, welche die Wellenleiterstruktur im Chip bedecken, von einem Wellenleiter auf einen anderen umgeschaltet werden. „Die unterschiedlichen Brechzahlen der beiden unmischbaren Flüssigkeiten, die wir verwendeten, können sich erheblich auf die Ausbreitung des geführten Lichts in der darunter liegenden integrierten optischen Komponente auswirken“, fügt Watté zu. „Unser Ansatz ermöglicht uns die Herstellung von Tropfen, die in zwei Zuständen bleiben können. Bei Überschreitung einer bestimmten Schwelle ermöglicht das angewandte elektrische Feld, dass der Tropfen die mechanischen Barrieren überwindet, die diesen in einer bestimmten Position halten und sich in ein anderes Mikromilieu begibt, in der er stabil bleibt“, erklärt Watté weiter. Der Hauptvorteil des Mikrofluidikansatzes ist, dass der Tropfen in Ermangelung eines elektrischen Felds bleibt wo er ist und der Schalter somit in gewisser Weise die Konfiguration erinnert. Genau dies ist das Konzept hinter dem nicht flüchtigen optischen Schalter. Nicht flüchtige optische Schalter, die durch winzige Tropen gesteuert werden, sind für Anwendungen von Interesse, bei denen das kontinuierliche Umschalten zwischen mehreren optischen Signalen ebenso wichtig ist, wie die Umschaltgeschwindigkeit. Solche Komponenten ermöglichen einen Breitbandbetrieb mit einer Umschaltgeschwindigkeit im Millisekundenbereich. Dies kann sich für die Handhabung der Glasfaserinfrastruktur in Zugangsnetzen als sehr nützlich erweisen, da dort typischerweise mehrere Wellenlängenbänder gleichzeitig umgeschaltet werden müssen. Die Ambition von SwIFT war es, die Grenzen der Photonik- und Fluidiktechnologien zu erweitern, um deren Wirkung auf einen optischen Schalter mit Hunderten Schnittstellen zu demonstrieren. Schneller, günstiger, kleiner Optische Schalter, die typischerweise in Glasfasernetzen implementiert werden, sind sperrig und kostspielig. Die neu eingeführte optische Glasfaserschalttechnologie kann jedoch Energiekosten im gesamten Bereich der Telekommunikation reduzieren und manuelle Prozesse automatisieren, damit Betreiber Patch-Software und Patchkabel verwenden können. „Soweit uns bekannt ist, ist dies das erste Mal, dass ein nicht flüchtiger optischer Schalter durch die Kombination von Siliziumphotonik und Mikrofluidik implementiert wurde“, merkt Watté an. Dieser kompakte, kostengünstige, optische Telekommunikationsschalter für mehrere Schnittstellen zum ferngesteuerten Glasfasermanagement soll die Datengeschwindigkeit von optischen Glasfasern erheblich steigern.
Schlüsselbegriffe
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