Die gegenwärtige digitale Gesellschaft, die durch ein kontinuierlich steigendes Wachstum des Datenverkehrs charakterisiert ist, ist in hohem Maße auf das globale Internet angewiesen, das seinerseits von der zugrundeliegenden globalen Glasfaserinfrastruktur abhängt. Die zunehmende Verbreitung von Video-on-Demand-Streaming, virtuellen privaten Netzwerken und Videokonferenzen für berufliche, schulische und soziale Aktivitäten hat zu einem kontinuierlichen Anstieg der Datenraten geführt. Um gleichzeitig einen Anstieg der Kosten aller Endnutzer zu verhindern, ist eine Senkung der Betreiberausgaben erforderlich. In diesem Fall ist die Wiederverwendung bestehender Glasfaserinfrastrukturen unabdingbar, da diese einen signifikanten Kostenfaktor in optischen Übertragungssystemen darstellen. Die Einführung zusätzlicher optischer Wellenlängen (bzw. Frequenzen) durch den Einsatz innovativer Multi-Band-(MB-)Technologien, jenseits der üblichen Wellenlängen im C-Band, wird als kosteneffiziente und mittelfristige Erweiterungsoption innerhalb terrestrischer Systeme angesehen, um eine effiziente und flexible Kapazitätserhöhung bereits bestehender Glasfaserverbindungen zu gewährleisten. Allerdings sind mit dieser Vorgehensweise eine Reihe von Herausforderungen verbunden. Hierzu zählen insbesondere der Zugang zu allen Zwischenverstärkungsstellen und Endgeräten sowie das Nichtvorhandensein von kommerziell verfügbaren MB- Transponder oder maßgeschneiderten Transpondertechnologien für andere Übertragungsbänder. Gegenwärtig stellen bereits existierende optische Modulatoren und kohärente Empfängertechnologien für das C-Band eine ideale und kostengünstige Lösung zur Unterstützung von MB Systemen dar. Dieser Ansatz macht neue Transceiver-Designs für einzelne Bänder überflüssig, während gleichzeitig lange Entwicklungszeiten, erhebliche Kosten und zusätzliche Verzögerungen bei der Einführung von MB-Systemen vermieden werden können. Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung der potenziellen Möglichkeiten der Wiederverwendung bereits vorhandener und eingesetzter Modulatoren und kohärenter Empfänger für MB-Anwendungen. Dabei wird gleichzeitig darauf abgezielt, potenzielle Mängel und Leistungseinbußen, wo dies möglich ist, zu beheben. In der vorliegenden Arbeit wird die Verwendung von Standard C-Band-basierten Modulatoren und Empfängern experimentell analysiert und diese werden auf ihre Verwendbarkeit zur Kapazitätserhöhung in anderen Übertragungsbändern untersucht. Dies wird durch das Bottom-Up-Prinzip realisiert, bei dem zunächst die einzelnen Bausteine charakterisiert werden, um an-schließend ein vollständiges MB-Übertragungssystem mit idealen Komponenten aufzubauen. Die durchgeführten Charakterisierungen umfassen die Wellenlängenabhängigkeit mehrerer kommerziell erhältlicher Designs für Modulatoren und kohärente Empfänger über eine optische Bandbreite von bis zu 25,4 THz. Für den Sender weisen Modulatoren basierend auf Bulk-Lithiumniobat die geringsten wellenlängenabhängigen Verluste auf, was sie zu einem idealen Kandidaten für Forschungen an zukünftigen Systemen macht. Auf der Empfängerseite zeigen diskrete Aufbauten auf Basis von Freistrahl-90° Hybriden und Indiumphosphid basierten Photodioden die beste Leistung über den untersuchten Wellenlängenbereich. Neben den durchgeführten Messungen von Sender und Empfänger wird dem optischen Kanal eine besondere Aufmerksamkeit gewidmet. Zu diesem Zweck werden verschiedene Fasern sowie unterschiedliche auf dotierte Fasern basierende Verstärkertechnologien, für den Einsatz in Systemexperimenten für MB untersucht. Im Rahmen der Aufrüstung von optischen Metronetzen im C-L-Band werden verschiedene Konzepte validiert, die sowohl die verstärkerlose Übertragung mit kurzer Reichweite als auch die verstärkte Übertragung mit längerer Reichweite umfassen. Um die Erforschung weiterer Bandbreitenerhöhungen zu ermöglichen, wird eine S-Band-Übertragung mit C-Band-Komponenten implementiert, die auf der Verwendung modernster digitaler Signalverarbeitung basiert. Da kommerzielle Übertragungssysteme mit leistungsfähiger Signalverarbeitung ausgestattet sind, können Techniken zur Kompensation von Sender- und Empfängerstörungen in anderen optischen Bändern (außerhalb des spezifizierten Wellenlängenbereichs) eingesetzt und vor ihrem Einsatz getestet werden. In diesem Zusammenhang wird eine Volterra-basierte elektrooptische kohärente Ende zu Ende Systemidentifikation in Verbindung mit einer nichtlinearen Vorverzerrung eingesetzt. Die Leistungsverbesserung dieser Methoden wird für das S-Band bewertet, und auf alle Bänder angewendet. Innerhalb der abschließenden Systemexperimente erfolgt die Untersuchung der Nutzbarkeit bestehender Transponder in einem vollständigen Multiband-Experiment (d.h. S-C-L-Band) unter Einsatz verschiedener Modulationsformate. Zu diesem Zweck werden die bereits implementierten S Band-Verstärker in Kombination mit C-L-Band-Verstärkern verwendet. Die Charakterisierung der Beeinträchtigungen sowie die Bewertung der Nachteile der Implementierung pro Band stellen weitere Ziele des Experiments dar. Das implementierte Übertragungssystem ist in der Lage, eine optische Bandbreite von 19,1 THz (d.h. 150 nm über einen Wellenlängenbereich von 1460 nm bis 1610 nm) zu unterstützen. Damit werden Übertragungen mit einer Nettodatenrate von bis zu 600 Gb/s pro optischen Kanal mittels eines optisch vorverstärkten Empfängers im unkonventionellen S-Band sowie im C- und L-Band ermöglicht. Abschließend wird das Potential des zweiten realisierten S-C-L-Band-Systems von 1470 nm bis 1600 nm mit der Übertragung hoher Symbolraten untersucht. Diese Analyse erfolgt auf der Grundlage kommerzieller Hardware mit dem Ziel, die Gesamtzahl der erforderlichen Sender und Empfänger zu reduzieren. Der eingesetzte kohärente Empfänger mit hoher Bandbreite und integrierten differentiellen und linearen SiGe-Transimpedanzverstärkern ermöglicht den Signalempfang bei niedriger optischer Leistung. Die Kombination einer optischen Verstärkung nach dem Modulator und einer elektrischen Verstärkung am Empfänger ermöglicht einen Empfang bei -6 dBm Signal- und +11 dBm LO-Leistung. Dies reduziert die erforderliche optische Verstärkung pro Band und ermöglicht Multiband-Übertragungen mit Symbolraten bis zu 140 GBaud pro Kanal.
Robert Emmerich (Thu,) studied this question.