Teknologier for spatiell multiplexning: nästa utmaning inom optisk kommunikation

Forskningsprojekt, 2015 – 2018

De optiska fiberkommunikationssystemen som transporterar massiva mängder med data över internet (t.ex "video streaming", "cloud computing" och on-line spel) har utvecklats enormt under de senaste decennierna och har i princip lyckats väl med att matcha dess kapacitet med de hela tiden ökande behoven av datatrafik. Detta varit möjligt på grund av flera viktiga genombrott, t.ex. optiska förstärkare som kan förstärka optiska signaler vid flera våglängder samtidigt och under senare tid elektronisk digital signalbehandling som möjliggjort användandet av mycket mer sofistikerade modulationsformat än tidigare. Det senare innebär att man kan packa information mycket tätare inom ett givet frekvensomfång. Sammantaget har detta lett till att man i genomsnitt kunnat öka datatakten i en enda optisk fiber med en faktor 10 vart fjärde år och nu är det möjligt att uppnå 100 Tbit/s (100 000 Gbit/s) i laboratoriemiljö. Man börjar nu dock snabbt närma sig en fundamental gräns för vad som är möjligt och det är inte rimligt att tänka sig att utvecklingen kan fortsätta enligt ovan med konventionella metoder. Med andra ord, det krävs ytterligare vetenskapliga genombrott. Detta projekt syftar till att bidra till detta genombrott genom att, både teoretiskt och experimentellt, studera ett koncept för att skala dagens lösningar så att kapaciteten i ett fiberoptiskt system kan öka dramatiskt. Detta bygger på så kallad spatiell multiplexning (eller rums-multiplexning) där man tänker sig att använda en optisk fiber med inte en utan flera kärnor, som var för sig kan transportera data. Detta koncept ökar, i princip, den totala kapaciteten i relation till hur många kärnor man har. Dessutom finns möjligheten att designa en kärna så att den kan sända data i flera olika s.k. moder vilket kan öka prestandan ytterligare. I projektet kommer vi att skapa en förståelse för hur data i de olika kärnorna (och moderna) påverkar varandra och utveckla nya modulationsformat som tar fasta på den nya "spatiella dimensionen" som dessa optiska fibrer erbjuder. Dessutom skall vi ta fram en ny typ av skalbar optisk sändare som är speciellt ämnad för dessa system och skall även integrera en del av denna på ett chip, vilket innebär att både kostnad och energiförbrukning minskar. Slutligen skall vi demonstrera optisk transmission baserad på detta koncept och kvantifiera prestandafördelarna. Projektet baseras på en samverkan mellan två institutioner vid Chalmers (Mikroteknologi och nanovetenskap samt Signaler och system) och även till del på samverkan med internationella partners.