De technologie van glasvezelzenders vloeit over van traditionele communicatievelden. Op het gebied van kunstmatige intelligentie zijn hoge-optische verbindingen van cruciaal belang voor het doorbreken van knelpunten in de berekeningen; in zichtbaar lichtcommunicatie (VLC) kan het nieuwe spectrale bronnen voor 6G opleveren. Door integratie met technologieën zoals microgolffotonica kan het ook worden toegepast op bredere gebieden, waaronder detectie, beeldvorming en verdediging.
01 Technologische evolutie
Deglasvezel zender, een kerncomponent van optische communicatiesystemen, ondergaat een transformatie van een enkele-functiemodule naar een intelligent,-efficiënt systeem. Vroege glasvezelzenders voerden voornamelijk elementaire elektro-optische conversie uit, maar ze zijn nu een sleutelelement geworden dat de prestaties van hele communicatienetwerken bepaalt.
Volgens het laatste onderzoek van het Fraunhofer Instituut kunnen traditionele glasvezelsystemen niet langer voldoen aan de eisen van toekomstige toepassingen. Dit heeft onderzoekers ertoe aangezet meer geavanceerde glasvezeltransmissietechnologieën te ontwikkelen, zoals het gebruik van golflengteselectieve schakelaars- en ruimtelijke verdelingsmultiplexing om de netwerkcapaciteit en flexibiliteit te vergroten.
Een cruciale richting in de technologische evolutie is het verbeteren van de spectrale efficiëntie. Onderzoekers hebben nieuwe typen roosters ontwikkeld om de spectrale resolutie te verhogen van de traditionele 100GHz naar 25GHz. Hierdoor worden de frequentiebanden voor datatransmissie smaller en de datapakketten kleiner, waardoor meer datapakketten tegelijkertijd binnen dezelfde optische vezel kunnen worden verzonden.
02 Prestatievoordelen
De reden dat glasvezelzenders de kern van moderne communicatienetwerken zijn geworden, ligt in hun veelzijdige prestatievoordelen. Hoge- transmissiecapaciteit is een van de meest opvallende kenmerken, waarbij gegevensoverdrachtssnelheden van Gbps en zelfs hoger worden ondersteund.
Deze eigenschap maakt ze breed toepasbaar in scenario's die enorme datatransmissie vereisen, zoals datacenterverbindingen en breedbandtoegang. Daarentegen zijn traditionele koperkabels onder vergelijkbare omstandigheden aanzienlijk beperkt wat betreft zowel de transmissiesnelheid als de afstand.
Glasvezelzenders gebruiken optische signalen om gegevens te verzenden, wat resulteert in minder transmissieverlies en demping vergeleken met traditionele koperen kabels. Dit betekent dat signalen over lange afstanden een hoge kwaliteit en stabiliteit kunnen behouden, waardoor de impact van signaalverzwakking op de communicatiekwaliteit wordt verminderd.
Deze eigenschap is vooral belangrijk voor scenario's die dekking over lange- afstanden vereisen, zoals Metropolitan Area Networks (MAN's) en Wide Area Networks (WAN's).Glasvezelzenderskan datatransmissie over tientallen of zelfs honderden kilometers bereiken.
Glasvezelzenders zijn tijdens de transmissie minder gevoelig voor externe elektromagnetische interferentie. Vergeleken met kabeltransmissie kunnen ze de signaalintegriteit en stabiliteit beter behouden, zijn ze minder gevoelig voor omgevingsfactoren en zorgen ze voor een veilige en betrouwbare gegevensoverdracht.
03 Toepassingsscenario's
De toepassingsscenario's voor glasvezelzenders zijn uitgebreid van traditionele telecommunicatie naar meerdere opkomende industrieën. Hun prestatiekenmerken bepalen hun geschiktheid voor verschillende scenario's.
De volgende tabel vergelijkt de prestatie-eisen voor glasvezelzenders in verschillende toepassingsscenario's:
| Toepassingsscenario | Belangrijkste prestatievereisten | Typische transmissieafstand | Technische kenmerken |
|---|---|---|---|
| Datacenter-interconnect | Hoge snelheid, lage latentie | Middellange-Korte afstand | Implementatie met hoge-dichtheid, laag stroomverbruik |
| MAN/WAN | Lange afstand, hoge stabiliteit | Tientallen tot honderden kilometers | Sterke anti-interferentie, weinig verlies |
| Toekomstige netwerken (6G/Quantum Comm.) | Ultra-Hoge capaciteit, flexibiliteit | Gecombineerde lange/korte afstand | Multiplextechnologieën, schaalbaarheid |
| CATV-netwerken | Hoge signaalkwaliteit, brede dekking | Lange afstand | Hoog uitgangsvermogen, vervormingsbeheersing |
| Bewakingssystemen | Stabiel en betrouwbaar, hoog aanpassingsvermogen | Middellange-Korte afstand | Sterk aanpassingsvermogen aan de omgeving, eenvoudige implementatie |
Op het gebied van datacenterverbindingen is de kleine omvang en het lichte karakter vanglasvezel zendersmaken flexibele lay-out en installatie mogelijk in omgevingen met beperkte ruimte-. Het gebruik van optische modules en patchkabels maakt bekabeling en poortimplementatie met hoge{2}}dichtheid mogelijk, waardoor wordt voldaan aan de eisen van grootschalige- datacenters wat betreft interfacedichtheid en compactheid van apparatuur.
Met de ontwikkeling van nieuwe technologieën zoals autonome voertuigen, 6G mobiele communicatie en kwantumcommunicatie neemt de vraag naar glasvezelnetwerken voortdurend toe. Deze toepassingen vereisen hogere datatransmissiesnelheden en een lagere latentie, waaraan traditionele glasvezelzenders niet langer volledig kunnen voldoen.
Het WESORAM-project, ontwikkeld door het Duitse Fraunhofer Instituut, demonstreerde met succes het vermogen om signalen willekeurig van 8 ingangskanalen naar 16 uitgangskanalen te routeren. Deze "cross-connect"-mogelijkheid vergroot de netwerkcapaciteit en biedt grotere flexibiliteit voor de transmissie en routering van gegevensstromen.
Speciaal ontworpen glasvezelzenders spelen ook een cruciale rol in kabeltelevisienetwerken (CATV). De extern gemoduleerde zenders van 1550 nm van EMCORE I-Type Medallion 6000-serie zijn bijvoorbeeld geoptimaliseerd voor internationale CATV-systemen en ondersteunen glasvezelverbindingen tot 150 kilometer.
04 Vooruitgang in de sector
De glasvezeltransmittertechnologie ondergaat een snelle ontwikkeling en talrijke innovatieve onderzoeksprojecten zorgen voor vooruitgang op dit gebied. Wetenschappers hebben een grote doorbraak bereikt in de snelheid van glasvezelcommunicatie, waarbij ze een transmissiesnelheid van 1,84 Pbit/s hebben gerealiseerd over een ongeveer 8- kilometer lange glasvezel.
Deze snelheid komt overeen met het verzenden van gegevens vanaf ongeveer 236 harde schijven van één-terabyte (1TB) per seconde, wat grofweg het dubbele is van het huidige totale wereldwijde internetverkeer. Meer in het bijzonder bereikte het onderzoeksteam voor het eerst een snelheid van meer dan 1 Pbit/s met behulp van slechts een "enkele laser + enkele optische chip."
Optische frequentiekamtechnologie was de sleutel tot deze doorbraak. Deze technologie zet licht van een infraroodlaser om in een regenboogspectrum dat uit vele kleuren bestaat, waarbij de frequentie- en frequentieverschillen tussen elk monochromatisch licht vast zijn, waardoor het geschikt is voor multiplexing met golflengteverdeling.
Al het gegenereerde licht is coherent, waardoor gezamenlijke digitale signaalverwerking tussen verschillende kanalen mogelijk is, waardoor de datatransmissiesnelheden uiteindelijk aanzienlijk worden versneld.
Er is ook aanzienlijke vooruitgang geboekt op het gebied van multi{0}}vezeltechnologie. Een onderzoeksteam van het Amerikaanse National Institute of Standards and Technology (NIST) heeft voor het eerst aangetoond dat ultra-stabiele optische atoomkloksignalen op compatibele wijze naast telecomgegevens kunnen worden verzonden in een multi-core-vezel die over tientallen kilometers wordt ingezet.
Dit betekent dat opkomende glasvezelnetwerken met hoge{0}}capaciteit niet alleen enorme hoeveelheden gegevens kunnen verzenden, maar mogelijk ook atoomklokken over de hele wereld met hoge precisie kunnen synchroniseren.
05 Uitdagingen en toekomst
Ondanks aanzienlijke vooruitgang wordt de glasvezeltransmittertechnologie nog steeds geconfronteerd met verschillende uitdagingen. De kosten zijn daar één van, vooral bij WDM-systemen (golflengteverdelingsmultiplex), waar de kosten van optische en opto-elektronische componenten hoog zijn, deels vanwege de behoefte aan nauwkeurige afstemming van de golflengte.
De fysieke eigenschappen van de diëlektrica die in deze componenten worden gebruikt, zijn temperatuur-afhankelijk. Deze temperatuurgevoeligheid kan verschuivingen in de filtergolflengten veroorzaken.
Het OPTIMUX-project, geïnitieerd door het Fraunhofer HHI Instituut, is gericht op de ontwikkeling van innovatieve en efficiënte multiplexoplossingen voor het gehele transmissiepad. Het project richt zich op optimale multiplexstrategieën voor glasvezeldatatransmissie met behulp van ruimtelijke multiplexing, met als doel symboolsnelheden tot 300 GBd te bereiken.
Met de snelle ontwikkeling van de digitalisering en de opkomst van data-gestuurde applicaties nadert de bestaande netwerkinfrastructuur haar grenzen. Hoewel multiplexing met golflengteverdeling een veelgebruikte methode is, biedt ruimtelijke multiplexing een nieuwe weg voor netwerkoptimalisatie. Door gebruik te maken van meerdere glasvezelkernen en transmissiemodi kan de capaciteit aanzienlijk worden vergroot.
