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Tbit/s Optical Data Transmission

Tbit
In Zukunft werden Detektoren für die Teilchenphysik, Kernphysik oder Hadronenphysik für die Materialforschung Milliarden elektrischer Kanäle besitzen. Zusammen mit schnell steigenden Datenraten der einzelnen Kanäle führt das zu einem massiven Anstieg des Datenaufkommens auf viele hundert GB/s. Die Bearbeitung dieser Datenmenge ist eine der größten Herausforderungen für zukünftige Detektorsysteme. Ein Schlüssel zur Bewältigung dieser Herausforderung ist eine vergrößerte Übertragungsbandbreite.Auch mit starker, lokaler Datenreduktion wird es nicht möglich sein, alle Rohdaten, die ein Detektor liefert, mit elektrischen Kabeln zur Verarbeitung nach außen zu übertragen. Hier bieten optische Glasfasern eine tausendfach höhere Bandbreite (Tbit/s), eine geringere Dämpfung, einen geringeren Energieverbrauch (pJ/bit), eine galvanische Trennung und nicht zuletzt eine wesentlich geringere Masse.Die optische Datenübertragung mit direkt modulierten Laserdioden ist Stand der Technik für große Detektorsysteme. Jedoch hat dieser Ansatz Grenzen in Bezug auf Kanaldichte, Energieverbrauch und Geschwindigkeit.Unser Ansatz verwendet unmoduliertes Licht, das außerhalb des Detektors erzeugt wird, so dass die anfallende Verlustleistung nicht aus dem Detektor abgeführt werden muss. Das Licht wird in den Detektor geleitet, dort moduliert und wieder nach außen zum Empfänger geführt. Im Bereich der Telekommunikationstechnik sind überaus effiziente elektrooptische Modulatoren in der Entwicklung, die im Rahmen dieses Projektes für die Verwendung in neuen Detektoren angepasst werden. In einem weiteren Schritt können die verwendeten Modulatoren zusammen mit Treibern, Verstärkern und anderer Elektronik monolithisch integriert werden. Solch ein Ansatz ist vollkommen neu im Bereich komplexer Detektorsysteme und könnte die Methoden der Datenakquisition und Übertragung revolutionieren. Mit dieser Technik sind eine Reduktion des lokalen Energiebedarfs und eine Steigerung des Datendurchsatzes pro Glasfaser um mehrere Größenordnungen möglich. Damit werden erheblich weniger Datenleitungen und möglicherweise auch Stromversorgungskabel und Kühlrohre benötigt. Infolgedessen wird weniger passives Material innerhalb des Detektors benötigt, wodurch geladene Teilchen weniger gestreut und die Genauigkeit der Spurverfolgung in Teilchen- und Hochenergiephysikexperimenten gesteigert werden.