Wie polarisationserhaltende Glasfaser kohärente optische Kommunikation für 1,6T-Ethernet ermöglicht

Erfahren Sie alles über die Rolle polarisationserhaltender (PM) Fasern bei der Ermöglichung kohärenter optischer Hochgeschwindigkeitskommunikation mit geringer Latenz für aufkommende 1,6-T-Ethernet-Netzwerke.

Das exponentielle Wachstum des Datenverbrauchs in KI-Computerclustern, Cloud-Hyperscalern und datenintensiven Edge-Anwendungen hat das Ethernet-Ökosystem zu einer aggressiven Weiterentwicklung gezwungen.

Von 100G über 400G und dann 800G stellt der Sprung auf 1,6 Terabit pro Sekunde (1,6 T) Ethernet einen gewaltigen Fortschritt in der optischen Vernetzung dar. In dieser Größenordnung werden Signalintegrität, Phasenkohärenz und Polarisationskontrolle erfolgsentscheidend – hier kommt die polarisationserhaltende (PM) Faser ins Spiel , ein Schlüsselfaktor für kohärente optische Kommunikationssysteme der nächsten Generation.

Polarisationserhaltende Fasern spielen eine grundlegende Rolle bei der Gewährleistung einer stabilen und genauen kohärenten Erkennung und Übertragung, insbesondere wenn optische Träger dicht gepackt und mit fortschrittlichen Schemata wie 16QAM oder 64QAM moduliert werden.

Für kohärente Schnittstellen, die über Rechenzentren, Metro- und Langstreckenverbindungen hinweg betrieben werden, bieten PM-Fasern eine unübertroffene Kontrolle über Polarisationsdrift, Übersprechen und Dispersion – Faktoren, die andernfalls die Leistung von 1,6-T-Ethernet-Netzwerken beeinträchtigen können.

Die Revolution der kohärenten Optik: Warum 1,6T mehr verlangt

Herkömmliche Direkterkennungs-Transceiver haben aufgrund inhärenter Bandbreitenbeschränkungen und chromatischer Dispersion Probleme mit der Skalierbarkeit. Kohärente Optik hingegen nutzt sowohl die Amplitude als auch die Phase des optischen Signals und erfordert für eine optimale Funktion eine präzise Polarisationsausrichtung.

Bei Leitungsgeschwindigkeiten von 1,6 T ist die kohärente Übertragung die einzige praktikable Methode, um mehr Bits pro Sekunde über eine begrenzte Glasfaserbandbreite zu übertragen. Kohärente Systeme nutzen dualpolarisierte Signale und ermöglichen so die Übertragung zweier unabhängiger Datenströme mit orthogonalen Polarisationszuständen, wodurch sich die spektrale Effizienz effektiv verdoppelt. Dieser Ansatz reagiert jedoch extrem empfindlich auf Polarisationsmodendispersion (PMD) und Polarisationsrotation  im Laufe der Zeit.

Standard-Singlemode-Fasern (SMF) reichen zwar für ältere Systeme aus, können den erforderlichen Polarisationszustand jedoch ohne dynamische Kompensation nicht aufrechterhalten. Polarisationserhaltende Fasern schließen diese Lücke mit einem speziellen Kerndesign, das sicherstellt, dass die Polarisationszustände entlang fester Achsen ausgerichtet bleiben. Dadurch entfallen komplexe Polarisationsnachführungsmechanismen und eine stabile Langzeitleistung in kohärenten Übertragungssystemen.

Was macht polarisationserhaltende Fasern einzigartig?

Polarisationserhaltende Fasern verfügen über eine interne Doppelbrechung – typischerweise durch Spannungsstäbe (PANDA, Bow-Tie oder elliptische Kernstrukturen) –, die dafür sorgt, dass sich das Licht bevorzugt entlang einer von zwei orthogonalen Polarisationsachsen ausbreitet. Diese eingebaute Asymmetrie stellt sicher, dass das Polarisationsübersprechen minimal ist und die Phasenbeziehung zwischen den Polarisationen über die Distanz konstant bleibt.

Zu den wichtigsten Spezifikationen für PM-Fasern, die für kohärente 1,6-T-Ethernet-Optik relevant sind, gehören:

· Hohes Extinktionsverhältnis (typischerweise >20 dB) für effektive Polarisationsunterscheidung

· Geringe Polarisationsmodendispersion (PMD) (<0,05 ps/√km) für minimale Signalverzerrung

· Überlegene Doppelbrechung zur Aufrechterhaltung definierter Polarisationsachsen über große Entfernungen

· Geringe Einfügungsdämpfung für optimale Leistungsbilanzanpassung

Das PM-Fasersortiment von Fibermart erfüllt oder übertrifft diese Anforderungen und bietet hervorragende Kompatibilität mit fortschrittlichen kohärenten Modulen und abstimmbaren Lasern, die in optischen 1,6-T-Transceivern verwendet werden.

PM-Faser in 1,6T-Ethernet-Transceiver-Architekturen

Neue optische 1,6T-Ethernet-Module, insbesondere solche mit acht Kanälen und 200G pro Kanal, die PAM4 oder fortschrittliche kohärente Modulation verwenden, basieren auf komplexen optischen Frontend-Systemen. Diese Systeme umfassen typischerweise:

· Laser mit schmaler Linienbreite

· Optische Modulatoren (zB IQ Mach-Zehnder-Modulatoren)

· Polarisationsstrahlteiler und -kombinierer

· Hochgeschwindigkeits-Kohärenzempfänger

Damit diese Komponenten harmonisch funktionieren, ist die Polarisationsausrichtung unerlässlich. PM-Fasern ermöglichen eine latenzarme, phasenkohärente Übertragung des optischen Signals an den Empfänger-DSP. Dies reduziert den Rechenaufwand von Polarisationsverfolgungsalgorithmen und verbessert den Gesamtsystemdurchsatz und die Energieeffizienz.

Darüber hinaus integrieren kohärente Detektionssysteme häufig Lokaloszillator-(LO)-Laser,  die das empfangene Signal überlagern. Driftet die Polarisation zwischen Sende- und LO-Signal deutlich, verschlechtert sich die Detektionsleistung rapide. PM-Fasern gewährleisten die Ausrichtung zwischen LO- und Signalpfad, was zu saubereren Konstellationsdiagrammen und niedrigeren Bitfehlerraten (BER) führt.

Polarisationsdrift und Netzwerkzuverlässigkeit

Umweltfaktoren wie Temperaturschwankungen, mechanische Belastung und Vibrationen können Polarisationsschwankungen in herkömmlichen Fasern verursachen. Schon geringe Abweichungen führen zu einer Rotation der Polarisationsachse, was die kohärente Demodulation erschwert und die Latenz durch den DSP-Overhead erhöht.

PM-Fasern mildern diese Schwankungen durch die Erhaltung des SOP (State of Polarisation) und gewährleisten eine robuste 1,6T-Ethernet-Übertragung über große Entfernungen mit vorhersehbarer optischer Leistung. Dies ist besonders wichtig in Hochverfügbarkeitsnetzwerken, in denen Wiederholungsübertragungen oder Paketverluste nicht akzeptabel sind.

Integration mit optischen Engines der nächsten Generation

Optische Systeme, die für 1,6-T-Ethernet eingesetzt werden, basieren auf Siliziumphotonik und Co-Packaging-Optik. Dies reduziert den Platzbedarf und erhöht gleichzeitig die Energieeffizienz. PM-Fasern integrieren sich nahtlos in diese Systeme, indem sie eine stabile externe Modulation und Laserausrichtung über dicht gepackte optische Pfade ermöglichen.

Beispielsweise werden in der integrierten Photonik häufig PM-Faserpigtails verwendet  , um diskrete Laserquellen oder Modulatoren mit On-Chip-Wellenleitern zu verbinden. Ohne PMF wäre die Aufrechterhaltung der erforderlichen Ausrichtung auf solchen Mikroskalen unpraktisch, wenn nicht gar unmöglich.

Überlegungen zur Glasfaserinfrastruktur für 1,6T-Upgrades

Die Bereitstellung von 1,6-T-Ethernet über die bestehende Glasfaserinfrastruktur erfordert sorgfältige Planung. PM-Glasfasern werden aus Kostengründen nicht immer für Langstreckenverbindungen eingesetzt, sind aber unverzichtbar in:

· Leistungsstarke Testaufbauten

· Verbindungen zwischen optischen Komponenten

· Laborumgebungen für kohärentes Systemprototyping

· Anwendungen mit kurzer Reichweite, die geringe Latenz und stabile Polarisation erfordern

Netzwerkdesigner, die 1,6-T-Ethernet-Upgrades planen, müssen Spleißdämpfung, Steckerkompatibilität und PM-Faserausrichtung prüfen, um Fehlausrichtungen zu vermeiden. Fibermart bietet präzisionsgeschnittene PM-Faserbaugruppen, einschließlich FC/APC- und SC/APC-Steckern mit Ausrichtungsschlüsseln, die die Bereitstellung vereinfachen und die Rückflussdämpfung maximieren.

Überlegungen zur Feldbereitstellung und Herstellung

Moderne PM-Fasern wie PANDA- oder Bow-Tie-Designs bieten eine hohe Doppelbrechung und geringe Verluste über den C- und L-Bändern und sind daher ideal für den Einsatz in Rechenzentren und der Telekommunikation.

Darüber hinaus wurden beim Spleißen und Konnektieren von PM-Fasern erhebliche Fortschritte erzielt. Mit automatisierten Ausrichtungswerkzeugen werden Auslöschungsverhältnisse von >30 dB erreicht, wodurch die SOP-Wiedergabetreue über alle Verbindungen hinweg sichergestellt wird.

Für OEMs und Transceiver-Hersteller vereinfacht die Verwendung von PM-Glasfasern die Einhaltung der IEEE  802.3df- und OIF-400ZR+-Spezifikationen für kohärente steckbare Module. Darüber hinaus unterstützt PM-Glasfasern standardisierte Steckertypen wie PM-LC und PM-MT und ermöglicht so eine nahtlose Integration mit kohärenten Transceivern im QSFP-DD- oder OSFP-Format.

Stärken Sie Ihre 1,6T-Ethernet-Strategie mit Fibermart

Fibermart  bietet ein umfassendes Portfolio polarisationserhaltender Fasern für 1,6T-Ethernet-Anwendungen, darunter PM-Glasfaser-Patchkabel, Pigtails und komplette Montagelösungen für kohärente Systeme.

Egal, ob Sie Prüfstände bauen, Verbindungen für Metro-Rechenzentren skalieren oder Transceiver der nächsten Generation entwickeln, Fibermart bietet die Präzision und Zuverlässigkeit, die Ihr Netzwerk erfordert.

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