Такие приложения, как беспилотные автомобили, мобильная связь 6G и квантовая связь, доводят оптоволоконные сети до предела своих возможностей. Исследователи Fraunhofer объединили усилия с партнерами, чтобы разработать умные способы оптимизации передачи данных. Оптические коммутаторы с зеркалами на основе жидких кристаллов на кремнии (LCoS) уменьшают размер пакетов данных, чтобы сеть могла передавать больше данных, в то время как сигналы распределяются по различным волокнам для обеспечения большей гибкости.

Оптоволоконные кабели передают сигналы со скоростью, близкой к скорости света, и могут передавать даже большие объемы данных на молниеносной скорости. Тем не менее, обычные оптоволоконные системы уже недостаточно мощны, чтобы соответствовать технологиям будущего. В двух проектах, WESORAM и Multi-Cap, Институт прикладной оптики и точного машиностроения Фраунгофера IOF в Йене объединился с партнерами, чтобы подготовить оптоволоконные сети к миру завтрашнего дня.

В оптоволоконных сетях уже используются такие технологии, как мультиплексирование с разделением по длине волны. В этом методе свет используется в качестве носителя для потока данных, а оптический переключатель разделяет свет на несколько частот. Спектрометрическая решетка разделяет сигнал на разные длины волн, а затем передает их на зеркало LCoS. Это перенаправляет сигналы на выходные волокна, что позволяет каждому волокну транспортировать несколько потоков данных. Однако этот метод можно использовать только в ограниченном диапазоне частот.

Перекрестная проводка сигналов

В проекте WESORAM, сокращенно от Wellenlängenselektive Schalter für optisches Raummultiplex (селективные по длине волны переключатели для оптического пространственного мультиплексирования), доктор Штеффен Траутманн и его команда в Институте исследований общества Фраунгофера работали с партнерами по проекту над усовершенствованием этой технологии.

Сначала команда добавила гибкость в механизм переключения в коммутаторе LCoS, чтобы он мог перенаправлять поток данных в любое волокно. После того, как решетка спектрометра разделила входящий световой сигнал на частоты, зеркало LCoS отправляет каждую частоту в другое волокно. Это расширяет обычное мультиплексирование с разделением по длине волны до техники мультиплексирования с разделением по пространству. В дополнение к принципу «несколько частот на одном волокне» это означает, что также может применяться принцип «одна частота, несколько волокон».

«В нашем проекте нам удалось отправлять сигналы с восьми входных каналов на 16 выходных каналов по желанию. Такой тип перекрестной проводки увеличивает пропускную способность сети, поскольку обеспечивает гораздо большую гибкость при передаче и пересылке потоков данных. Это особенно полезно, когда данные передаются на большие расстояния, например, между городами», — говорит Траутманн, руководитель проекта и эксперт по оптическим системам.

Еще одним преимуществом является то, что для волоконно-оптической сети в целом требуется меньше оптических коммутаторов . Это снижает затраты как на установку, так и на текущую эксплуатацию.

Меньшие пакеты данных, более высокая пропускная способность

Следующим шагом исследователей из Йены стало увеличение разрешения оптического модуля с помощью недавно разработанной решетки. «Сейчас спектральное разрешение 100 ГГц, или около 0,8 нм, является последним словом техники. Разработанное нами зеркало может достигать 25 ГГц, или около 0,2 нм», — объясняет Траутманн.

Более высокое разрешение означает, что частота света для потока данных уже в полосе в четыре раза, поэтому пакеты данных пропорционально меньше. А это, в свою очередь, означает, что световоды могут передавать гораздо больше пакетов данных одновременно.

Партнерами проекта стали Adtran, компания из Майнингена (Тюрингия), которая специализируется на сетях, и берлинская Holoeye, которая фокусируется на оптических системах и построила зеркало LCoS. Эксперты из Fraunhofer IOF отвечали за оптическую конструкцию. Они также использовали сверхточную технологию для разработки расщепителя луча для решетки спектрометра и интегрировали все компоненты в одну крошечную деталь.

Усилитель Multi-Cap обслуживает многожильные волокна

WESORAM прекрасно сочетается с другим проектом, Multi-Cap. В этом проекте исследователи работают над увеличением количества каналов для параллельной передачи данных. Традиционные волокна содержат один канал данных и одну сигнальную жилу, тогда как многожильные волокна используют несколько жил для передачи данных. Хотя эти кабели содержат гораздо больше проводников, они едва ли толще.

Команда Fraunhofer IOF разработала усилители сигнала, необходимые для многожильных волокон. Они могут обслуживать до 12 каналов одновременно, достигая более 20 дБ усиления на канал. Эта технология значительно более энергоэффективна, поскольку для 12 каналов требуется только один модуль усилителя.