DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) ist ein Verfahren, bei dem optische Signale mit verschiedenen Wellenlängen durch eine einzelne Glasfaser gleichzeitig versendet werden, um die Daten zu übertragen. Am Ende der Glasfaser werden sie dann wieder entsprechend ihren Wellenlängen aufgeteilt und weiterverarbeitet.

Bei der klassischen elektrischen Datenübertragung kann in einer Leitung nur ein elektrisches Signal übertragen werden. Verwendet man hingegen optische Datenübertragung (Bosonen anstelle von Fermionen), so können mehrere verschiedene optische Signale gleichzeitig in einer einzelnen Glasfaser übertragen werden. Diese Technologie ist als Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM) bekannt. Bei DWDM werden die verschiedenen Informationskanäle in verschiedenen Wellenlängen übertragen und anschließend wieder in die verschiedenen Wellenlängen aufgeteilt. Je mehr Wellenlängen man daher verwendet, desto stärker kann man die Übertragungskapazität steigern.

Außer für schnelles Internet werden passive, optische Komponenten in der Sensorik und der Automobilindustrie aber auch in der Medizintechnik gebraucht, wo photonische Chips zum Beispiel in der medizinischen Diagnostik eingesetzt werden.

Die Funktionalität eines solchen optischen Systems wird maßgeblich durch die Multiplexer/Demultiplexer bestimmt, welche für das Zusammenführen der verschiedenen Wellenlängen beziehungsweise für die Aufspaltung des kombinierten Signals in die verschiedenen Wellenlängen benötigt wird. Aufgrund der hohen Geschwindigkeiten muss diese Aufteilung optisch erfolgen und es werden dafür passive, optische Komponenten verwendet, denen meist ein sogenanntes Arrayed Waveguide Grating (AWG) zugrunde liegt – eine wellenleiterbasierte Verallgemeinerung der bekannten Gitterstrukturen.

Beim AWG handelt es sich um eine planare Wellenleiterstruktur, welche üblicherweise von einem Silizium-Wafer ausgeht, auf die meist mittels nassthermischer Oxidation eine Oxidschicht (SiO2) aufgebracht wird. Mittels chemischer Dampfabscheidung (Chemical Vapor Deposition - CVD) wird dann eine aktive Wellenleiterschicht mit höherer Brechzahl darauf abgeschieden, ein so genannter „Core“. Typischerweise handelt es sich dabei um Germanium dotiertes SiO2. Mittels optischer Lithographie und Trockenätzen wird dann die AWG-Struktur definiert. Zur Passivierung folgt darüber noch mal eine Oxidschicht, die die gleiche niedere Brechzahl hat wie die untere Oxidschicht. Beide Schichten zusammen bilden das so genannte „Cladding“.

Um die AWGs zu designen, verwenden wir sowohl kommerzielle Design-Tools als auch selbst entwickelte Tools, um die physikalischen und die geometrischen Parameter des AWGs zu berechnen. Diese Parameter bestimmen dann die Performance des Demultiplexers. Unsere hausinternen Tools erlauben uns auch eine präzise Analyse der Messdaten und eine genauere Klassifizierung der Simulationsergebnisse, indem sie den Intensitätsunterschied der einzelnen Kanäle, das übersprechen benachbarter und nichtbenachbarter Kanäle, das Hintergrundrauschen, die Signalabsorption, polarisationsabhängige Verluste (PDL) und Ähnliches analysieren.

Dienstleistungen

Design von integriert-optischen Komponenten

  • DWDM / VHDWDM / CWDM AWGs
  • Strahlteiler (basierend auf Multimodeinterferenz (MMI) oder Y-Verzweigung)
  • Tapers, Wellenleiter, etc.
  • Andere passive integriert-optische Elemente auf Anfrage
     

AWG Typen

  • Anzahl Kanäle: bis zu 256
  • Kanalabstände: 200 GHz, 100 GHz, 50 GHz, 25 GHz, 12.5 GHz, 10 GHz
  • Signal am Ausgang: Gaussian, flat-top, semi-flat
  • Brechzahlunterschied: Standard Telekom-System (SiO2 Material Komposition) und Hochindex Kontrast Wellenleiter basierend auf Si3N4 Material Komposition
  • Colourless AWGs
  • Andere Designs auf Anfrage
     

Schlüsseleigenschaften unserer AWGs

  • Niedere Einfügeverluste (insertion loss)
  • Minimales Übersprechen der einzelnen Kanäle (channel crosstalk)
  • Extrem niedriges Hintergrundrauschen (background crosstalk)
  • Hohe Homogenität der Signalintensitäten (uniformity)
     

Anwendungsgebiete

  • DWDM Übertragung
  • Optisches Add/Drop Multiplexing
  • Optisches Kodieren/Dekodieren
  • Basiselement für biologische und chemische Sensoren

Kontaktperson aus dem Forschungszentrum Mikrotechnik

Dana Seyringer

Dr. habil. Dana Seyringer, PhD.
Integrierte Optik und Photonik

 +43 5572 792 7208
dana.seyringer@fhv.at

Weitere Forschungsschwerpunkte des Forschungszentrums Mikrotechnik

Das Forschungszentrum Mikrotechnik an der FH Vorarlberg