Nieuwe laser: veel minder storing in de glasvezelkabel

Toepassing van een ‘frequentiekam’ kan uitdoving van het optische signaal in glasvezels sterk verminderen.

Glasvezels kunnen veel meer informatie verstouwen dan nu, en ook over langere afstanden, dankzij een nieuwe techniek waarover onderzoekers van de University of California in San Diego vandaag publiceren in Science.

Volgens auteur Nikola Alic biedt zijn onderzoek een oplossing voor een bepaald type signaalvervorming. Daardoor zouden ook over langere afstanden dure repeaters overbodig worden. Dat zijn elektronische tussenstations om het optische signaal onderweg op te frissen. Vooral op de oceaanbodem is dat kwetsbare en dure apparatuur.

Bij glasvezeloptica worden de te versturen terabytes omgezet in lichtpulsjes die door haardunne glasvezels reizen. Normaal gesproken lopen lichtgolven van verschillende trillingsfrequenties dwars door elkaar heen. Dat maakt het mogelijk om informatie te versturen over tientallen kanalen.

Over langere afstanden dooft het lichtsignaal echter langzaam uit. Dat kun je tegengaan door te beginnen met een fellere lichtpuls. Dat heeft dan weer het nadeel dat de lichtgolven niet meer ongezien door elkaar heenlopen: ze beïnvloeden elkaar een beetje. Dit Kerr-effect veroorzaakt overspraak tussen verschillende kanalen, vergelijkbaar met een storend radiostation.

„Het heeft me lang dwarsgezeten dat deze verstoring verloopt volgens goed begrepen natuurkundige wetten. Dat betekent dat je de vervorming in principe terug moet kunnen draaien”, mailt Alic in antwoord op vragen. „Maar ondanks jaren onderzoek was dat niemand ooit gelukt.”

Het probleem, bedacht Alic, is dat de verschillende kanalen ieder hun eigen laser-lichtbron hebben, waarvan de kleur miniem kan variëren. Die kleur beïnvloedt de voortplantingssnelheid van het signaal in de vezel. En dat betekent dat de signalen in verschillende kanalen op onvoorspelbare manieren met elkaar uit de pas gaan lopen. Dan kun je niet voorspellen hoe ze elkaar beïnvloeden, laat staan dat effect terugdraaien.

Zijn oplossing is een ‘frequentie-kam’: een relatief nieuw type laser dat in één keer een reeks frequenties genereert, die onderling nauwelijks variëren. Als je die gebruikt voor de verschillende kanalen, is er ook nog wel Kerr-overspraak, maar die is dan veel voorspelbaarder. Door die voorspelbaarheid kun je de overspraak van tevoren compenseren. Een computer rekent uit hoe de signalen elkaar onderweg zullen beïnvloeden, en draait dat dan preventief terug door de vorm van de pulsen subtiel te veranderen. Dankzij deze voorbehandeling konden de Californiërs signalen versturen over 12.000 kilometer glasvezel zonder repeaters. Een patentaanvraag loopt, mede-sponsor van onderzoek is Google.

„Het is een interessante aanpak en een mooie proof of principle”, vindt Nicola Calabretta, onderzoeker van optische networken aan de TU Eindhoven. Wel is de vraag of je optische kammen goed en goedkoop genoeg kunt maken voor praktische glasvezelnetwerken. Calabretta: „Nu zijn het nog vrij specialistische, en grote, apparaten in laboratoria.” De Eindhovense hoogleraar telecommunicatie Ton Koonen is kritischer. „Ik ben niet meteen erg onder de indruk”, mailt hij. De eisen aan de frequentiekammen lijken hem onhaalbaar, terwijl er ook andere verstoringen meespelen.

Alic zelf schat dat een praktische toepassing nog minstens vijf tot zeven jaar weg ligt. „Het grootste obstakel is de computerberekening voor de pre-compensatie, die veel eenvoudiger moet. Geen unobtainium: geen onmogelijke opgave, met de goede mensen en genoeg financiering.”