Forschung & Entwicklung

Der nächste Schritt zum 50-Gigabaud-Glasfaserkabel

Um höchste Datenraten in Glasfasernetzen zu erreichen, fehlt es an leistungsfähigen Faserkopplungen, die in hohen Stückzahlen kostengünstig produziert werden können. Ein Forschungsprojekt mit Industriepartnern soll die Technologie entwickeln.

Mit dem Forschungsprojekt EFFICIENTlight – Effiziente Faser-PIC-Kopplung mittels Glasumformung auf Wafermaßstab – entwickelt das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT gemeinsam mit Projektpartnern aus der Industrie und dem Lehrstuhl für integrierte Photonik der RWTH Aachen eine neue Technologie zur effizienten Glasfaserkopplung. Die Expertise der Projektpartner deckt alle Schritte zur Entwicklung marktreifer monomodaler Glasfaserverbindungen ab.

Da Unternehmen und Rechenzentren auf der ganzen Welt einen enormen Bedarf an immer höheren Datenübertragungsraten haben, sind neue optische Technologien notwendig. Ein 50-Gigabaud-Glasfasernetz könnte die Datenübermittlung nahezu ohne Zeitverlust in Distanzen über 500 m gewährleisten. Ein entscheidender Schritt in diese Richtung ist der Wechsel von den gängigen multimodalen auf monomodale Kabel, die nur noch eine einzelne Lichtleitfaser zur Datenübertragung erfordern.

Damit beim Übergang von den Glasfasern in die integrierten photonischen Schaltkreise (PIC) keine Informationen verloren gehen, werden extrem hohe Anforderungen an die optische Qualität der Faserkoppler gestellt. Diese Faserkoppler sind nur wenige Millimeter groß und bestehen aus hochpräzisen gläsernen Mikrooptiken. Im Vergleich zu multimodalen Verbindungen, die große Datenmengen nur über kürzere Distanzen übertragen, ist die Kopplung monomodaler Kabel, die Daten auch über längere Strecken zuverlässig transportieren, anspruchsvoller: Sowohl die Fertigung als auch die Montage der erforderlichen Verbindungselemente erfordert höchste Präzision. Daher entfallen bis zu 50 % der Herstellungskosten von Glasfaserleitungen auf die Faserkopplung.

Am Fraunhofer IPT werden die erforderlichen Glasumformungsprozesse zur Herstellung von Mikrooptiken weiterentwickelt. Die Aachener Ingenieure prüfen zwei unterschiedliche Umformverfahren für die Glaselemente: das Präzisionsblankpressen, bei dem Glasrohlinge direkt in einer Umformanlage erhitzt und abgeformt werden, und das kostengünstigere nicht-isotherme Blankpressen, bei dem das Material vorab außerhalb der Maschine auf die erforderliche Temperatur gebracht wird.

Weitere Kosteneinsparungen möchte das Forscherteam durch eine Herstellung der Mikrooptiken auf Waferebene erzielen. Dazu werden viele identische Elemente in einem einzigen Umformschritt auf einem Glaswafer produziert. Erst später werden die gepressten Faserkoppler, wie in der Mikroelektronik-Waferfertigung üblich, voneinander getrennt. Das Team untersucht in diesem Projektabschnitt auch, wie sich die Effizienz des Herstellungsprozesses und der nachfolgenden Fertigungsschritte weiter verbessern lässt.

Über die Herstellung der Faserkoppler hinaus betrachten die Projektpartner auch die Montage der Mikrobauteile: Anhand von Testmodulen werden alle Fertigungsschritte im Zusammenhang der gesamten Prozesskette überprüft und die Bauteile in einer realen Netzwerkumgebung getestet.

Das dreijährige Forschungsprojekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Programms ‚Photonikforschung Deutschland‘ gefördert. Projektpartner sind Aixemtec, aiXscale photonics, GD Optical Competence, Mellanox Technologies und son-x.

von mg

www.ipt.fraunhofer.de

www.rwth-aachen.de

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