Optische Datenübertragung mittels der nichtlinearen Fourier Transformation basierend auf elektronisch-photonischer Signalverarbeitung

Dieses Projekt befasst sich mit der Datenübertragung unter Verwendung der nichtlinearen Fourier Transform (NFT). Dadurch kann der Kerr-Effekt als eine nutzbare Eigenschaft eingesetzt werden und die Übertragungskapazität bei hohen optischen Leistungen erhöht werden. Knapp zusammengefasst propagieren die durch die NFT ermittelten nichtlinearen Spektren unverändert durch die Faser und erhalten nur eine einfache Phasendrehung. Doch gibt es wesentliche Limitierungen. Die numerische Genauigkeit und die Komplexität der NFT Algorithmen stellen eine Herausforderung dar. Weiterhin existieren sehr hohe Anforderungen an die System- und Bauelementebandbreiten, insbesondere wenn Solitone höherer Ordnung eingesetzt werden, die in der Lage sind, mehrere nichtlineare Träger zu transportieren.In diesem Vorhaben sollen neue elektronisch-optische Signalverarbeitungsverfahren untersucht werden, die diese Probleme lösen. Optische Signalverarbeitung soll sowohl im Sender als auch im Empfänger eingesetzt werden. Im Sender werden mehrere fundamentale Solitone optisch in ein Soliton höherer Ordnung zusammengefügt, welches ansonsten mit sehr hoher elektrischer und elektro-optischer Bandbreite erzeugt werden müsste. Im Empfänger wird das Soliton höherer Ordnung wieder optisch in einzelne fundamentale Solitone aufgespalten. Das Hauptziel besteht darin, die grundsätzliche Machbarkeit dieser elektrisch-optischen Signalverarbeitung im Rahmen von NFT-basierten Übertragungssystemen unter Beweis zu stellen. Geeignete Parameterintervalle für das Fusionieren und die Teilung von Solitonen sollen numerisch ermittelt werden. Als nächstes werden Konzepte für die Parallelisierung der NFT Algorithmen umgesetzt. Des Weiteren wird die Robustheit des Systems unter Berücksichtigung nichtidealer Komponenteneigenschaften untersucht. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen wird ein integrierter Sende-Chip basierend auf Silizium-Photonik (SiPh) Technologie entwickelt und charakterisiert. Das gesamte Übertragungssystem wird sowohl mit diskreten kommerziellen Komponenten, die maximale Flexibilität gewährleisten, sowie mit dem SiPh-Sender, der wichtige Begrenzungen der Leistungsfähigkeit und Skalierbarkeit dieses ersten Aufbaus aufhebt, untersucht.