Höhere Signalqualität ohne Repeater

Für möglichst hohe Datenraten reisen Dutzende Lichtpulse mit verschiedenen Trägerfrequenzen und Polarisationsebenen durch einzelne Glasfasern. So effizient diese Multiplexing-Methoden auch sind, so treten in der Glasfaser doch störende nichtlineare Effekte zwischen den verschiedenen Lichtwellen auf. Nun hat eine Arbeitsgruppe an der University of California in San Diego ein Mittel gegen diesen unerwünschten Crosstalk gefunden. Dank ihrer Methode könnte sich in Zukunft die Auffrischung der Signalqualität etwa alle 80 Kilometer erübrigen.

„Optische Fasersysteme verhalten sich ein wenig wie Treibsand“, sagt Nikola Alic vom Qualcomm Institute an der University of California, San Diego. Je mehr Leistung die Lichtwellen haben, desto mehr stören sie sich gegenseitig und verhindern dadurch eine größere Reichweite. Mit seinen Kollegen entwickelte Alic nun eine Methode, um diese Störungen auf der Basis von nichtlinearen Effekten zu verringern. Ihr Ziel: Die Datenkapazität pro Glasfaser bei zugleich geringeren Kosten für signalverstärkende Repeater zu erhöhen.

Ihr Ansatz beruhte darauf, dass die störenden nichtlinearen Effekte nicht zufällig auftreten. Sie lassen sich prinzipiell vorhersagen und am Zielort der Signale wieder umkehren, um die übermittelten Daten fehlerfrei auslesen zu können. Zentrale Voraussetzung dafür war allerdings eine genaue Kenntnis über die Frequenzen der genutzten Lichtwellen sowie der genaue Zeitversatz zueinander.

Diese Idee überprüften sie im Labor zuerst mit einer etwa einen Kilometer langen Glasfaser. Zwei Lichtpulse mit 1588 und 1558 Nanometer Wellenlänge speisten sie in den Lichtleiter ein. Wichtig für die spätere Umkehrung der nichtlinearen Effekte war dabei, die Frequenz der beiden Lichtpulse exakt zu kennen. Zudem wurden sie mit Hilfe eines Frequenzkamms aufeinander abgestimmt. Das Ergebnis: Beide Lichtpulse wiesen eine gemeinsame Kohärenz auf.

In einem zweiten Experiment verlängerten die Wissenschaftler die Glasfaser auf 1020 Kilometer. Infrarote Lichtpulse, die zuvor über einen Frequenzkamm aufeinander abgestimmt wurden, zeigten auch ohne Repeater am Zielort eine noch nutzbare Signalqualität. In einem Vergleichsexperiment mit zufällig eingespeisten Lichtpulsen war dagegen nach etwa 85 Kilometer Strecke wie erwartet eine Auffrischung der Signale nötig.

Konkrete Datenraten konnten Temprana und Kollegen zu ihren Versuchen bisher nicht angeben. Dennoch belegten sie, dass mit aufeinander abgestimmten Lichtpulsen die Effizienz optischer Datenübertragung in Glasfasern drastisch gesteigert werden könnte. Gelingt der Schritt zur technischen Anwendung mit allen Finessen der Datencodierung über Wellenlängen, Polarisationsebenen und Amplitudenmodulation, könnte das globale Datennetz in Zukunft effizienter und günstiger genutzt werden.

Jan Oliver Löfken

PH