Optische Mehrkanalsysteme in Breitbandnetzen für die digitale Gesellschaft

KMU-innovativ
02.05.2016
Erstellt von BMBF-Verbundprojekt VCSEL-TRX

BMBF-gefördertes Projekt VCSEL-TRX erfolgreich abgeschlossen: Wellenlängenabstimmbarer VCSEL-basierter Transceiver für Telekommunikations- und Datennetze realisiert.

Das im Frühjahr 2013 gestartete Projekt zur Entwicklung eines leistungsfähigen und kostenreduzierten optischen Small Formfactor Pluggable (SFP) Moduls mit weit abstimmbarer Wellenlänge und sehr geringem Leistungsverbrauch wurde kürzlich erfolgreich abgeschlossen. Das Ergebnis ist ein optisches Modul zur Optimierung der Übertragungskapazität in Breitbandnetzen. Das Modul ist extrem klein, hat einzigartige technische Parameter und ein großes wirtschaftliches Potential in Zusammenhang mit dem Ausbau von Bandbreite.

Zur Realisierung dieser Aufgabe fand sich 2013 ein Konsortium zusammen, das die komplette wirtschaftliche Verwertungskette repräsentiert: Die TU Darmstadt als Forschungspartner für Spiegelmembranen für weit abstimmbare Laser, die beiden KMUs DEV Systemtechnik GmbH & Co. KG aus Friedberg als Spezialist für hochbitratige HF-Lösungen und optischen Module und die VERTILAS GmbH aus Garching als Hersteller von hochperformanten und verbrauchsarmen Lasern sowie als industrieller Endanwender die ADVA Optical Networking SE aus München als Hersteller von optischen Übertragungssystemen für digitale Netze.

Das Verbundprojekt „Wellenlängenabstimmbarer VCSEL-basierter Transceiver für Telekommunikations- und Datennetze (VCSEL-TRX)“ wurde über einen Zeitraum von 36 Monaten vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Förderprogramms „KMU innovativ: Photonik / Optische Technologien“ gefördert.

Bis zu hundertfach gesteigerte Übertragungskapazitäten

Die schnelle Verbreitung von Datendiensten, wie z.B. Video-On-Demand und Social Media, führt zu einem starken Anstieg des Bandbreitenbedarfs in digitalen Datennetzen für Privat- und Firmenkunden. Es ist ein zentrales Anliegen der Bundesregierung, die internationale Wettbewerbsfähigkeit Deutschlands durch die Forschung und Entwicklung im Bereich der optischen Technologien weiter stark auszubauen und damit leistungsfähige digitale Netze für die flächendeckende Anbindung mit Teilnehmeranschlüssen zu ermöglichen.

Die Datenübertragung über Glasfaserkabel ermöglicht den Bau von besonders leistungsfähigen Datennetzen. Jedoch ist die Verfügbarkeit von optischen Fasern in Daten- und Telekommunikationsnetzen eingeschränkt, und die Kosten für die Installation neuer Fasern sind nicht unerheblich. Immer mehr Netzbetreiber versuchen deshalb, ihre existierenden Glasfasern über den Einsatz von optischen Mehrkanaltechnologien effizienter zu nutzen.

Bei diesem sogenannten „Wavelength-Multiplexing“ werden mehrere unabhängige Datensignale auf verschiedenen optischen Wellenlängen über ein und dieselbe Glasfaser übertragen. Dadurch kann die Übertragungskapazität einer einzelnen Glasfaser bis zu hundertfach gesteigert werden. Die Lichtsignale mit verschiedenen Wellenlängen werden von entsprechenden Lasern erzeugt, die jeweils eine festgelegte Wellenlänge erzeugen. Mit einem wellenlängen-abstimmbaren Laser können entsprechende Infrastrukturen allerdings wesentlich flexibler gestaltet werden.

VCSEL-Laser, abstimmbare Wellenlängen und Weltrekorde

In diesem Projekt wurde ein wellenlängenabstimmbarer VCSEL-Laser (Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser) mit besonders großem Abstimmbereich entwickelt. Durch die Integration einer abstimmbaren Spiegelmembran auf Basis der sogenannten Oberflächen-Mikromechanik (MEMS), wurde erstmalig der Zugang weit abstimmbarer VCSEL zur kostengünstigen „On-Wafer“-Massenproduktion ermöglicht.

Im Rahmen des Projektes konnten dabei technologisch signifikante Entwicklungsergebnisse erzielt werden. Diese beinhalten u.a. den Weltrekord eines elektrisch gepumpten und direkt modulierbaren VSCELs mit einem Abstimmbereich von über 101 nm. Die Ergebnisse im Rahmen des Projektes wurden in mehreren Veröffentlichungen auf Konferenzen und in einschlägigen internationalen Medien dargestellt. Eine der Veröffentlichungen wurde von der renommierten Microoptics Conference in 2015 in Japan mit dem Best-Paper-Award ausgezeichnet.

Die Abstimmung der Wellenlänge erfolgt elektronisch über einen einzigen Parameter und ist damit sehr einfach zu implementieren. Ziel des Verbundprojekts war die Entwicklung einer innovativen optischen Komponente für den Einsatz in optischen Mehrkanalnetzen basierend auf der neuen MEMS-VCSEL-Technologie. Die neue Komponente zeichnet sich durch einen kleinen Formfaktor (SFP+ Gehäuse) und durch geringen Leistungsverbrauch aus.

Projektpartner