Startseite > Office & Kommunikation > Die Entwicklung der Lichtleitertechnik bei der kommerziellen Datenübertragung

FTTX

Die Entwicklung der Lichtleitertechnik bei der kommerziellen Datenübertragung

29. November 2011, 11:28 Uhr | Geoff Bennett, Director Solutions & Technology bei Infinera

Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Historische Entwicklungen

Im Jahr 1969 entwickelte der Forscher Stewart Miller in den AT&T-Bell-Laboratorien einen Chip, der einen Laser und einen Modulator auf einem einzigen Trägermaterial kombiniert. Er veröffentlichte seine Ergebnisse im „Bell Labs Tech Journal“ und nannte die Halbleiter „Photonic Integrated Circuits" (PICs). In diesem Zusammenhang ist bemerkenswert, dass ein Großteil der Forschung von Universitäten und anderen Einrichtungen durchgeführt wird und nicht durch die Hersteller selbst – die Gründe hierfür sind vielfältig:

Zum einen setzen sich optische Halbleiter im Gegensatz zu einer Silizium-CPU, die fast ausschließlich aus „Gates“ besteht, aus mehreren funktionellen Komponenten zusammen. In einem aktiven PIC gibt es Bauteile, die das Licht für den Laser erzeugen, die die Leistung überwachen, das Trägersignal modulieren, das Signal verstärken, den Laser auf eine bestimmte Wellenlänge einregeln und man benötigt Lichtwellenleiter um die unterschiedlichen Baugruppenelemente auf dem Chips verbinden. Jedes dieser Bauteile wird normalerweise von einem hochspezialisierten Hersteller angefertigt, der nur über bestimmte Fachkompetenzen im Bereich Laser, Modulatoren oder Wellenlängen-Multiplexer verfügt.

Hersteller von beispielsweise Hochleistungs-Modulatoren würden ein Halbleiterbauteil wahrscheinlich auf Basis von Lithiumniobat produzieren, wohingegen ein Laser-Spezialist mit Indium-Phosphid (InP) oder Galliumarsenid arbeitet. Stellt sich Frage, welches Material dann verwendet werden soll, um einen optimal funktionierenden PIC aus heterogenen Halbleitermaterialien herzustellen? Zum Beispiel hat selbst ein so renommierter Chip-Hersteller wie Intel es noch nicht geschafft, die Silizium- beziehungsweise InP-Integration für einen Halbleiter zu lösen – trotz Investitionen in Höhe von mehreren hundert Millionen Dollar.

Zum anderen besteht für einen Komponenten-Hersteller die Herausforderung darin, dass jede Wellenlänge eine bestimmte Anzahl von Komponenten benötigt, um Daten optimal übertragen zu können. Ein „Small Scale PIC“, der nur für eine bestimmte Wellenlänge konzipiert ist, bringt jedoch nur einen geringen wirtschaftlichen Nutzen. Es ist sinnvoller, den Bedarf nach multiplen Wellenlängen in DWDM-Übertragungssystemen zu befriedigen und „Large Scale PIC“ zu entwickeln. Dies ist jedoch ein Aufgabe für Systemhersteller, da es einen fundamentalen System-Komponentenkonflikt gibt: Wenn ein Komponenten-Hersteller mehr PICs verkaufen möchte, benötigen diese ein Design, das in den verschiedensten Systemen einsetzbar ist.

Aber wie viele optische Träger sollte man auf einem PIC nutzen, um das optimale Preis-Leistungsverhältnis zu erzielen? Statistisch gesehen, wäre es am lukrativsten, einen PIC mit zwei Trägern zu bauen, weil alle DWDM-Übertragungssysteme eine gerade Anzahl von Kanälen verwenden. Doch ein massenmarkttauglicher Halbleiter muss wesentlich mehr als nur zwei Kanäle integrieren, um wirtschaftlich genutzt werden zu können.

Auf der anderen Seite verfügen viele System-Anbieter nicht mehr über die erforderlichen Kapazitäten, optische Komponenten im eigenen Hause herzustellen: Alcatel, Cisco, Marconi, Lucent und Nortel besaßen zwar eigene Produktionsstätten für optische Bauteile – oder entsprechende Subunternehmen – haben sich aber nach dem Platzen der Telekommunikationsblase im Jahr 2001 von diesen getrennt. Der verbleibende Kandidat für die Entwicklung von photonischen Schaltkreisen (PICs) konnte daher nur ein durch Risikokapital finanziertes Unternehmen sein, das vertikal integriert ist und somit Komponenten und Übertragungssysteme zusammen entwickelt.