Seitdem sind fast 20 Jahre vergangenDWDM kam mit Cienas Einführung eines 16-Kanal-Systems im März 1996 auf den Markt und hat in den letzten zwei Jahrzehnten die Übertragung von Informationen über große Entfernungen revolutioniert. DWDM ist so allgegenwärtig, dass wir oft vergessen, dass es eine Zeit gab, in der es nicht existierte und der Zugriff auf Informationen von der anderen Seite der Welt teuer und langsam war. Jetzt denken wir uns nichts dabei, einen Film herunterzuladen oder einen IP-Anruf über Ozeane und Kontinente hinweg zu tätigen. Derzeitige Systeme haben typischerweise 96 Kanälepro Glasfaser, die jeweils ausgeführt werden können100 Gbit/s, verglichen mit den 2,5 Gbps pro Kanal in den ursprünglichen Systemen. All dies brachte mich dazu, darüber nachzudenken, wie oft es zwei Innovationen braucht, die miteinander verbunden sind, um eine Revolution zu machen. Personal Computer haben den Büroalltag erst revolutioniert, als sie mit Laserdruckern gekoppelt wurden. In ähnlicher Weise waren die Vorteile von DWDM aufgrund von Erbium-dotierten Faserverstärkern enorm (EDFAs).
DWDM steht für Dense Wavelength Division Multiplexing, was eine komplexe Art zu sagen ist, dass, da Photonen nicht miteinander interagieren (zumindest nicht viel), verschiedene Signale auf verschiedenen Lichtwellenlängen auf einer einzigen Faser kombiniert und zur anderen übertragen werden können Ende, getrennt und unabhängig erkannt, wodurch die Tragfähigkeit der Faser um die Anzahl der vorhandenen Kanäle erhöht wird. Tatsächlich wurde unter speziellen Umständen seit einiger Zeit nicht-dichtes, einfaches altes WDM mit 2, 3 oder 4 Kanälen verwendet. Es war nicht besonders schwierig, ein einfaches DWDM-System aufzubauen. Als Technologie zur Zusammenführung und Trennung der Wellenlängen dienten zunächst Dünnschicht-Interferenzfilter, die im 19thJahrhundert. (Heutzutage werden photonische integrierte Schaltkreise namens Arrayed Waveguide Gratings oderAWGswerden verwendet, um diese Funktion auszuführen.) Aber bis zum Aufkommen von EDFAs gab es keinen großen Nutzen aus DWDM.
Die faseroptische Datenübertragung begann in den 1970er Jahren mit der Entdeckung, dass bestimmte Gläser im nahen Infrarot-Spektralbereich einen sehr geringen optischen Verlust aufweisen und dass diese Gläser zu Fasern geformt werden können, die das Licht von einem Ende zum anderen leiten und es einschließen und es intakt zu liefern, obwohl es durch Verlust und Streuung reduziert ist. Mit viel Entwicklung von Fasern, Lasern und Detektoren wurden Systeme gebaut, die optische Informationen über 80 km übertragen konnten, bevor das Signal "regeneriert" werden musste. Die Regeneration umfasste die Erkennung des Lichts, die Verwendung einer elektronischen Digitalschaltung zur Rekonstruktion der Informationen und die erneute Übertragung auf einen anderen Laser. 80kmwar viel weiter als die derzeitigen Mikrowellenübertragungssysteme mit "Sichtverbindung" gehen konnten, und die Glasfaserübertragung wurde in großem Umfang eingeführt. Obwohl 80 km eine deutliche Verbesserung darstellten, bedeutete dies dennoch, dass viele Regenerationsrunden zwischen LA und New York benötigt würden. Da alle 80 km ein Regenerationskreis pro Kanal benötigt wird, wurde die Regeneration zum begrenzenden Faktor bei der optischen Übertragung, und DWDM war nicht sehr praktikabel. Die damals teuren Filter müssten alle 80 km eingesetzt werden, um das Licht für jeden Kanal vor der Regeneration zu trennen und die Kanäle nach der Regeneration wieder zusammenzuführen.
Da eine vollständige Regeneration teuer war, begannen die Forscher, nach anderen Wegen zu suchen, um die Reichweite eines Glasfaser-Übertragungssystems zu vergrößern. In den späten 1980er Jahren kamen Erbuim Doped Fiber Amplifers (EDFAs) auf den Markt. EDFAs bestanden aus mit Erbiumatomen dotierten optischen Fasern, die, wenn sie mit einem Laser einer anderen Wellenlänge gepumpt wurden, ein Verstärkungsmedium erzeugten, das Licht in einem Band nahe der Wellenlänge von 1550 nm verstärkte. EDFAs ermöglichten die Verstärkung der optischen Signale in Fasern, was den Effekten des optischen Verlusts entgegenwirken konnte, aber die Effekte der Dispersion und anderer Beeinträchtigungen nicht korrigieren konnten. Tatsächlich erzeugen EDFAs Rauschen durch verstärkte spontane Emission (ASE) und könnten Faser-Nichtlinearitätsverzerrungen über eine lange Übertragungsstrecke verursachen. EDFAs haben also die Notwendigkeit einer Regeneration nicht vollständig beseitigt, sondern den Signalen ermöglicht, viele 80-km-Sprünge zu durchlaufen, bevor eine Regeneration erforderlich war. Da EDFAs billiger als eine vollständige Regeneration waren, wurden schnell Systeme entwickelt, die 1550-nm-Laser anstelle der damals vorherrschenden 1300-nm-Laser verwendeten.
Dann kam der „Aha“-Moment. Da EDFAs nur die eingehenden Photonen replizierten und mehr Photonen derselben Wellenlänge aussendeten, konnten zwei oder mehr Kanäle in demselben EDFA ohne Übersprechen verstärkt werden. Mit DWDM könnte ein EDFA alle Kanäle in einer Faser gleichzeitig verstärken, vorausgesetzt, sie passen in den Bereich der EDFA-Verstärkung. DWDM ermöglichte dann die Mehrfachnutzung nicht nur der Faser, sondern auch der Verstärker. Anstelle eines Regenerationskreislaufs für jeden Kanal gab es jetzt einen EDFA für jede Faser. Eine einzelne Faser und eine Kette von jeweils einem Verstärker40~100 km könnte 96 verschiedene Datenströme unterstützen.Regeneratoren werden auch heute noch alle 1.200 bis 3.500 km benötigt, wenn das angesammelte EDFA-ASE-Rauschen einen Schwellenwert überschreitet, den ein digitaler Signalprozessor und Fehlerkorrektur-Codec verarbeiten kann.
Da der Verstärkungsbereich des EDFA auf etwa 40 nm Spektrenbreite begrenzt war, wurde natürlich großer Wert darauf gelegt, die verschiedenen optischen Wellenlängen so eng wie möglich aneinander anzupassen. Aktuelle Systeme platzieren Kanäle im Abstand von 5 0 GHz oder ungefähr 0,4 nm, und Heldenexperimente haben viel mehr bewirkt.
Parallel dazu haben neue Technologien die Bandbreite pro Kanal auf 100 Gbps erhöht, wobei kohärente Techniken verwendet werden, die wir in anderen Blogbeiträgen besprochen haben. Eine einzelne Faser, die Anfang der 1990er Jahre 2,5 Gbps an Informationen übertragen hätte, kann jetzt fast 10 Terabit/s an Informationen übertragen, und wir können Filme von der anderen Seite der Welt ansehen.
