Optische Übertragungssysteme

Licht ist hervorragend zur Übertragung von Informationen geeignet. Doch wenn es darum geht, in paketvermittelnden Netzen Datenpakete kurzzeitig aufzuhalten, um Steuerinformationen aus Paket-Headern auszulesen oder wahlweise auf einzelne Bits oder Datenpakete zuzugreifen, dann muss eine aufwendige optisch/elektrisch und elektrisch/optische Signalumwandlung statt finden. Denn Lichtimpulse lassen sich einfach nicht vernünftig zwischenspeichern.
Das bedeutet, das Routing von Datenpaketen in Glasfasernetzen gelingt nur durch die Arbeitsteilung zwischen Photonik und Elektronik nach dem Grundsatz "optisch übertragen, elektrisch speichern und verarbeiten".
Erst muss das optische Signal in ein elektrisches Signal umgewandelt werden. Die Paketvermittlung findet dann auf elektrischer Ebene statt. Vor der Übertragung wird das elektrische Signal wieder in ein optisches Signal umgewandelt.

An dieser Stelle werden die Nachteile optischer Übertragungssysteme sichtbar. Wegen fehlender optischer Signalspeicher und Verarbeitungselementen, findet kein "Optical Packet Switching" statt. Deshalb werden verstärkt Techniken für das Schalten und Verstärken optischer Signale entwickelt. Zur Lösung des Problems gibt es verschiedene Ansätze.

Elektro-mechanische Schaltzentralen

Es gibt optische Schaltzentralen, die auch "optical fabric" genannt werden. Sie bestehen aus einer Spiegelmatrix, deren Spiegel sich zwei- oder dreidimensional verstellen lassen. Mit einem Steuersignal werden die Spiegel ausgerichtet. So kann jedes beliebige Eingangssignal auf jede beliebige Ausgangsfaser geschaltet werden.
Die Spiegelmatrix ist im wesentlichen ein elektro-mechanisches System. Die Mechanik stellt kein Problem bei der Vermittlung hoher Übertragungsraten dar. Doch weist die Spiegelmatrix eine gewisse mechanische Empfindlichkeit auf. Außerdem wirken die Spiegel dämpfend auf das Lichtsignal.
Ein weiteres Problem besteht bei der Schaltung der Wellenlängen auf abgehende Systeme mit einer anderen Wellenlänge. Hier kommt man ohne entsprechende Wellenlängen-Konvertern mit Halbleiterverstärkern nicht aus.

Verzögerungsleitungen

Eine andere Lösung sind optische Verzögerungsleitungen, was nichts anderes ist, wie kilometerlange Glasfaserleitungen, die entsprechend viel Platz benötigen. Der praktische Einsatz ist deshalb nur begrenzt möglich.

Optischer Speicher

Seit ein paar Jahren arbeitet man an All-Optical Flip-Flops (AOFF). AOFF ist ein optischer Speicher und zählt zu den Opto-RAMs, die optische Impulse speichern können.
Das Ziel bei der Entwicklung von AOFFs sind rein optisch arbeitende bistabile Kippstufen, die wie elektronische Flip-Flops arbeiten. Bei ausreichender Miniaturisierung, geringer Schaltenergie und hohen Schaltgeschwindigkeiten soll dann aus einzelnen Zellen ein Random Access Memory (optisches RAM) gebaut werden.

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