Forscher brechen Rekord der optischen Datenübertragung

Eine internationale Forschergruppe hat einen neuen Rekord aufgestellt: Sie demonstrierte eine optische Übertragungsbandbreite von 37,6 THz und eine Datenrate von 402 Terabit pro Sekunde über ein handelsübliches optisches Glasfaserkabel. Der bisherige Rekord lag bei 321 Tb/s und wurde im vergangenen Jahr (2023) erreicht.

Der Versuch fand unter der Leitung des Photonic Network Laboratory des japanischen National Institute of Information and Communications Technology (NICT) statt. Das Team entwickelte das erste optische Übertragungssystem, das alle Übertragungsbänder (OESCLU) des ohnehin verlustarmen Profils von Standard-Glasfasern abdeckt. Dabei wurden verschiedene Verstärkungstechnologien kombiniert, einige wurden sogar speziell für die Untersuchung konzipiert – darunter sechs unterschiedliche Arten von Verstärkern mit dotierten (in bestimmter Weise präparierten) optischen Fasern sowie verschiedene Arten der Raman-Verstärkung. Neue optische Verstärker ermöglichten dabei den Zugang zu neuen Bandbreiten der Frequenzbänder, die in bestehenden Systemen noch nicht genutzt werden. Die neue Technologie soll die Kommunikationskapazität von optischen Infrastrukturen erheblich erweitern.

Die Ergebnisse des Experiments wurden auf der 47th International Conference on Optical Fibre Communication (OFC 2024) als Post Term Paper angenommen.

Zu den Details

Die Verwendung neuer Übertragungsbereiche in bereits vorhandenen Glasfasern bietet kurzfristig erhebliche Vorteile: Sie erhöht die Übertragungskapazität ohne große Investitionen in eine neue Glasfaser-Verkabelung.

Die Abkehr von den verlustärmeren Bereichen der Standard-Siliziumfasern erfordert aber – zusätzlich zum Erbium-dotierten Faserverstärker (DFA) – neue Verstärkungssysteme. Bisher wurden S/C/L-Band-Übertragungen mit verschiedenen Verstärkern erforscht. Neben Thulium-(T-)DFAs wurden dabei optische Halbleiterverstärker (SOAs) und verteilte sowie diskrete Raman-Verstärkung eingesetzt – mit geschätzter maximaler Datenrate von 256 Tb/s bei einer Bandbreite von fast 20 THz. Bei noch umfangreicheren Demonstrationen der Übertragung wurden Bismut (B-DFAs) für O-Band- und konzentrierte Raman-Verstärker für U-Band-Kanäle verwendet – mit 119 Tb/s bei einer kumulativen Bandbreite von 25 THz. B-DFAs für das E-Band wurden mit verteilter Raman-Verstärkung für E/S/C/L-Band-Übertragungen über 27,8 THz genutzt, was eine geschätzte Datenrate von weniger als 320 Tb/s ermöglichte.

In dem neuen Versuch wurde die Übertragung im dichten Multiplexverfahren mit unterschiedlichen Wellenlängen so erweitert, dass alle wichtigen Übertragungsbereiche im verlustarmen Spektrum von Standard-Glasfasern abgedeckt wurden. So ließen sich mehr als 1.500 parallele Übertragungskanäle innerhalb einer optischen Bandbreite von 37,6 THz realisieren.

Mehr über Glasfasertechnik

Glasfasern haben im Vergleich zu Koaxialkabeln und anderen elektrischen Modellen sehr geringe Übertragungsverluste. Um über lange Strecken zu übermitteln, muss die naturgemäß vorhandene Dämpfung jedoch periodisch kompensiert werden. Dies geschieht normalerweise durch einen optischen Verstärker, der mehrere Wellenlängenkanäle gleichzeitig bedienen kann.

Eine bewährte Verstärkungsmethode verwendet Glasfasern, die mit seltenen Elementen präpariert (dotiert) sind. Durch die Zugabe einer kleinen Menge von Ionen der Elemente Erbium, Thulium oder Bismut zum Grundmaterial lässt sich eine Verstärkung erreichen, indem die Ionen mithilfe von Lasern mit kürzeren Wellenlängen stimuliert werden.

Solche Verstärker erhöhen die Übertragung der Glasfasern erheblich und ermöglichen die Verstärkung vieler Wellenlängenkanäle gleichzeitig. Neue Breitband-Übertragungssysteme nutzen zudem auch alternative Verstärker wie Raman- und optische Halbleiterverstärker.