Optischer Spektrumanalysator Multi-Channel-Laser messtechnisch validieren

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Um steigende Datenraten in Rechenzentren zu bewältigen, gewinnen optische Interconnects an Bedeutung. Für die Entwicklung kompakter Multi-Channel-Laserquellen setzt das Photonik-Unternehmen Enlightra auf optische Spektrumanalysatoren. Die Charakterisierung von Frequenzkämmen stellt hohe Anforderungen an die Messtechnik.

Der wachsende Bedarf an Rechenleistung für KI-Anwendungen führt zu steigenden Datenmengen in Rechenzentren. Herkömmliche elektrische Verbindungen stoßen dann an physikalische Grenzen. Das treibt die Entwicklung optischer Interconnects voran, die als skalierbare Ansätze für die Datenübertragung diskutiert werden.

Das Schweizer Photonik-Unternehmen Enlightra entwickelt kompakte Multi-Channel-Laserquellen auf Basis der optischen Frequenzkamm-Technologie. Das Prinzip gleicht einem optischen Lineal: Ein einziger Pumplaser wird in einen mikro-optischen Resonator gekoppelt und erzeugt dort nicht eine, sondern Dutzende präzise äquidistante Laserlinien auf einmal. Der Abstand zwischen zwei benachbarten Linien ist über das gesamte Spektrum exakt gleich, vergleichbar mit den regelmäßigen Millimetermarken auf einem Lineal.

Für Dense-Wavelength-Division-Multiplexing (DWDM) ist das ein entscheidender Vorteil: Statt pro Kommunikationskanal einen eigenen Laser zu temperieren, zu stabilisieren und anzusteuern, liefert eine einzige Quelle die komplette Palette an Wellenlängen. Entsprechend hoch sind allerdings die Ansprüche an die thermische Stabilität des Resonators und an die Messtechnik, die das Spektrum vermessen soll.

Frequenzkämme charakterisieren

Zur Gewährleistung einer stabilen Datenübertragung müssen die Kamm-Laser definierte Parameter einhalten. Die Spezifikationen umfassen:

• Kanalanzahl: 8 bis 32 Kamm-Linien pro System

• Kanalabstand: 100 bis 800 GHz

• Ausgangsleistung: >7 dBm pro Linie

• Wellenlängenbereiche: O-Band (Datacom) und C-Band (Telekommunikation)

Ingenieure müssen die Linien hinsichtlich Anzahl, Linienabstand, Leistung pro Linie, Leistungsschwankungen zwischen den Kanälen und dem optischen Rauschboden (Noise Floor) charakterisieren. Da Enlightra im Rahmen der Forschung und Entwicklung (F&E) eine Vielzahl photonischer Chips vermisst, sind Messgeschwindigkeit und Wiederholbarkeit essenziell.

Präzise Spektralanalyse im O- und C-Band

Für die optische Charakterisierung setzen die Entwickler auf optische Spektrumanalysatoren (OSAs) von Yokogawa, darunter das Modell AQ6370E. Das Gerät deckt mit seinem Wellenlängenbereich von 600 bis 1700 nm sowohl das O- als auch das C-Band ab und bietet eine Wellenlängenauflösung von bis zu 0,02 nm.

Diese Auflösung ermöglicht die messtechnische Trennung benachbarter Kamm-Linien innerhalb der genannten Kanalabstände. Zudem hilft ein hoher Nahbereichs-Dynamikbereich von über 70 dB dabei, den Rauschboden zwischen den Kanälen zu erfassen. Die hohe Sweep-Geschwindigkeit unterstützt einen konstanten Messdurchsatz bei der Charakterisierung großer Stückzahlen photonischer Chips.

Auch bei externen Präsentationen und Kundenvorführungen ist eine verlässliche Messtechnik erforderlich. Portable Feldinstrumente, die Enlightra zuvor einsetzte, erreichten in Laborumgebungen teilweise nicht die erforderliche Signalreinheit und Auflösung, was zu einer veränderten Darstellung von Peak-Leistungswerten und des Rauschbodens führen konnte. Der Einsatz der Yokogawa-Analyzer ermöglicht es dem Unternehmen, die im Labor ermittelten Messwerte auch während Live-Demonstrationen zu reproduzieren. Die Spektraldarstellung dokumentiert dabei Parameter wie Linienabstand und Pegelverteilung.

Hanae Zegmout, Lead Photonic Designer bei Enlightra, bewertet den Einsatz wie folgt: „In der Frequenzkamm-Pionierarbeit ist Yokogawa der Goldstandard. Die Wahl dieser Spektrumanalysatoren sorgt dafür, dass unsere Daten sofort Vertrauen und Anerkennung finden.“ Sie fügt hinzu: „Unsere Erfahrung mit den zwei Yokogawa-Systemen in unserem Labor zeigt, dass diese Analysatoren robust sind, ihre Kalibrierung gut halten und einen nahtlosen Benutzerkomfort bieten.“

Spektrumanalysatoren in der Entwicklung

Die Charakterisierung optischer Frequenzkämme ist eine wichtige Voraussetzung für die Entwicklung kompakter Multi-Channel-Laserquellen. Spektrumanalysatoren unterstützen dabei, Linienabstände, Pegelverteilung und Rauschboden unter definierten Bedingungen zu erfassen.

Für Unternehmen wie Enlightra ist die Messtechnik damit nicht nur ein Werkzeug zur abschließenden Prüfung. Sie begleitet auch die Entwicklung photonischer Bauelemente und hilft dabei, Messungen zwischen Labor, Entwicklung und Kundendemonstration vergleichbar zu halten. Ob sich die Frequenzkamm-Technologie für bestimmte optische Interconnects in Rechenzentren eignet, hängt darüber hinaus von weiteren Faktoren wie Stabilität, Kopplung, Modulation, Fertigungsaufwand und Systemkosten ab. (heh)

Optischer Spektrumanalysator

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