Skalierung der Signalmodenanzahl in Erbium-dotierten Faserverstärkern für optische Übertragungssysteme mit Modenmultiplex
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Date
2021
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Abstract
Studien zur Internetnutzung zeigen, dass in den vergangenen Jahrzehnten ein exponentieller Anstieg
des globalen Datenverkehrs stattgefunden hat und dass dieser sich in den nächsten Jahren fortsetzen
wird. In der Vergangenheit konnten optische Weitverkehrs-Übertragungssysteme mit dem
steigendem Bedarf skalieren und gleichzeitig die Kosten pro übertragenem Bit gesenkt werden.
In absehbarer Zeit werden die heute verwendeten Einmodensysteme jedoch die theoretisch maximale
Übertragungskapazität pro Faser erreichen. Eine weitere Steigerung der gesamten
Übertragungskapazität ist dann nur durch den parallelen Betrieb mehrerer solcher Systeme möglich.
In der Forschung wird nach Möglichkeiten gesucht, die eine Senkung der Kosten pro Bit durch eine
Steigerung der Übertragungskapazität pro Faser, vergleichbar mit denen der Einmodensysteme in den
letzten Jahrzehnten, versprechen. Raummultiplexverfahren bieten ein solches Potenzial durch
Ausnutzung des letzten verbliebenen Freiheitsgrades zum Signalmultiplex: des Raumes. Ein
Raummultiplexverfahren kann sich wirtschaftlich nur durchsetzen, wenn es eine Steigerung der
Übertragungskapazität um zwei Größenordnungen erlaubt und mit bestehenden Multiplexverfahren,
wie dem Wellenlängenmultiplex, gemeinsam betrieben werden kann. Raummultiplex mit
Vielmodenfasern ist ein vielversprechendes Verfahren, das diesen Anforderungen entspricht. Für das
gewählte Multiplexverfahren sollte ein Verstärker verfügbar sein, mit dem alle Signalkanäle simultan
verstärkt werden können. In dieser Arbeit werden Erbium-dotierte Faserverstärker für optische
Übertragungssysteme mit Modenmultiplex auf die genannten Kriterien hin untersucht. Das
Hauptproblem bei der Verwendung Erbium-dotierter Faserverstärker für Vielmodenfasern liegt in der
Erzielung identischer Signalgewinne für alle Signalmoden. Unterschiedliche Gewinne für verschiedene
Signalmoden können zu Verschlechterungen der Signalqualität führen. Mit den durchgeführten
Arbeiten konnte gezeigt werden, dass sich Erbium-dotierte Faserverstärker eignen, um mehr als 100
Signalmoden in Kombination mit bestehenden Multiplexverfahren in zukünftigen
Übertragungssystemen mit Modenmultiplex simultan zu verstärken. Verschiedene Verfahren zur
Angleichung der Gewinne aller räumlichen Kanäle, durch Anpassung der Pumpleistung, der radialen
Verteilung der Erbium-Dotierung im Faserkern sowie unter Ausnutzung von Sättigungseffekten,
werden vorgestellt. Außerdem werden Szenarien untersucht, bei denen die Anzahl der räumlichen
Kanäle zur Laufzeit erhöht wird, um eine Steigerung der Übertragungskapazität zu erreichen.
Insgesamt zeigt diese Arbeit, dass die Anzahl der nutzbaren räumlichen Kanäle zukünftiger
Modenmultiplexsysteme vermutlich nicht durch die Verwendung von optischen Verstärkern limitiert
wird.
Description
Table of contents
Keywords
Modenmultiplex, Raummultiplex, Optische Übertragungstechnik