Hinzu kommen Telearbeit, die Einführung von Videoüberwachungssystemen zu Sicherheitszwecken oder zur Betreuung älterer Menschen in ihrem eigenen familiären Umfeld sowie die für die Nutzung sozialer Netzwerke erforderliche Konnektivität.
Die Entwicklung immer schnellerer und leistungsfähigerer Telekommunikationsdienste wurde vor allem durch den Ausbau optischer Kommunikationsnetze ermöglicht. Diese Netze nutzen Lichtquellen (LEDs oder Laser) zur Informationsübertragung über eine Glasfaser, die dank ihrer großen Bandbreite auch hohen Datenverkehrsaufkommen gerecht wird. Zur optimalen Nutzung dieser Bandbreite kommt die Wellenlängenmultiplex-Technologie (WDM) zum Einsatz. Dabei werden verschiedene Kanäle mit unterschiedlichen Wellenlängen (Farben) von verschiedenen Lichtquellen über eine einzige Faser übertragen, was die individuelle und unabhängige Bereitstellung verschiedener Dienste ermöglicht.
Im Kontext der WDM-Technologie ist die Forschung an neuen optischen Bauelementen, die die individuelle Auswahl optischer Kanäle (Filterung), deren Verteilung an verschiedene Nutzer (Demultiplexing) oder deren wellenlängenbasiertes Routing (optisches Routing) ermöglichen, entscheidend für eine erfolgreiche Implementierung. Vor diesem Hintergrund forschen Wissenschaftler der UPM an einem Projekt, dessen ursprüngliche Idee darin besteht, diese Aufgaben mit einem einzigen, in Echtzeit steuerbaren Gerät auszuführen, um die gewünschte Funktion auszuwählen.
Die optischen Eigenschaften des Geräts wurden im Versuchsaufbau des Labors der Abteilung für Photoniktechnologie des ETSI Telecomunicación der Polytechnischen Universität Madrid getestet. Dort wurde durch seine Anwendung in optischen Kommunikationsnetzen seine Fähigkeit demonstriert, einen Beitrag zur großen gesellschaftlichen Nachfrage nach Kommunikationsdiensten zu leisten.
Der „räumliche Lichtmodulator“ (SLM) ermöglicht diese Funktion. Er
ist ein Gerät ähnlich einem Flüssigkristallbildschirm, jedoch kleiner und mit einer deutlich höheren Pixeldichte, wodurch Bilder dargestellt werden können. Das auf den SLM einfallende Licht ändert seine Richtung abhängig vom geladenen Bild (Hologramm) und dessen Wellenlänge gemäß den Beugungsgesetzen. Daher kann das Gerät je nach Art des im SLM implementierten Hologramms unterschiedliche Funktionen ausführen.
Verschiedene Laborexperimente haben gezeigt, dass der räumliche Lichtmodulator einfallendes Licht je nach Wellenlänge und Hologrammtyp beugen kann und sich dadurch für diverse Anwendungen eignet. Typische Anwendungen dieses multifunktionalen holografischen Bauelements liegen in optischen WDM-Netzen (Wireless Digital Metro) und dienen dort als Multiplexer und optischer Router zum Schutz und zur Rekonfiguration des optischen Pfades zwischen den Knoten.
Hologramme bilden die Grundlage des Bauelements und werden von einem Computer generiert, gespeichert und in Echtzeit verarbeitet. Ziel ist eine jederzeit verfügbare Hologrammdatenbank, um die Funktionalität des Bauelements dynamisch anzupassen. Die verwendeten Hologramme bestehen in der Regel aus schwarzen und weißen Balken unterschiedlicher Dicke.
Das Licht der einfallenden optischen Faser wird kollimiert, d. h. durch eine Linse parallelisiert, und beleuchtet den SLM und ein festes Beugungsgitter. Eine zweite Linse am Ausgang koppelt die erste Beugungsordnung des Lichts an die Ausgangsfaser(n) aus, die sich in der Brennebene der Linse befinden. Hier befindet sich die Fouriertransformierte des Hologramms, die im Falle eines Balkenhologramms aus einer Menge äquidistanter Punkte unterschiedlicher Lichtstärke besteht.
Durch diese einfache Struktur kann das Gerät verschiedene Anwendungen realisieren: abstimmbarer Filter (feste oder variable Bandbreite), Multiplexer (oder Demultiplexer) und Wellenlängenrouter. Zum Umschalten zwischen diesen Anwendungen müssen lediglich die festen oder variablen Werte zweier Parameter angepasst werden: „n“ (Hologrammtyp) und „x“ (Abstand der Ausgangsfaser von der optischen Achse des Geräts). Diese Multifunktionalität ist das herausragendste Merkmal des Geräts.
Referenzen:
Martin Minguez A, Horche PR. „Tunable holographic components in WDM optical networks“, Optical and Quantum Electronics 42 (1): 45–67, November 2010.
Michel C. Parker et al. „Dynamic Digital Holographic Wavelength Filtering“, IEEE/OSA, J. of Lightwave Tech. 16(7):1259–1270, Juli 1998
Quelle: Polytechnische Universität Madrid (UPM).
