Spiralförmige Lichtwellen beschleunigen Datenübertragung

Boston (USA) - In den letzten Jahrzehnten sind die Mengen an Daten, die durch die weltweiten Kommunikationsnetze strömen, rasant gestiegen. Im selben Zeitraum haben sich aber auch die Kapazitäten der Glasfaserkabel dramatisch erhöht. Ein internationales Forscherteam hat nun eine Glasfaser entwickelt, die eine weitere mehrfache Steigerung der Übertragungsraten ermöglicht. Wie die Forscher im Fachblatt „Science“ berichten, funktioniert ihre Entwicklung bereits über Strecken von mehr als einem Kilometer. Die neue Übertragungstechnik lässt sich auch mit etablierten Methoden kombinieren, ohne dass hierzu aufwendige Fehlerkorrekturverfahren notwendig wären. In Zukunft könnte dies zu Einsparungen beim Bau von Kommunikationsnetzen führen – vorausgesetzt, die Herstellungskosten der neuen Fasern und ihrer Übertragungstechnik sind wirtschaftlich.

„Nach zwei Jahrzehnten eindrucksvoller Steigerung der Übertragungsraten stoßen die etablierten Techniken an ihre Grenzen“, beschreibt Studienleiter Siddharth Ramachandran von der Universität Boston die Situation. Heutige Glasfaserkabel können in derselben Faser Licht unterschiedlicher Wellenlänge und verschiedener Polarisation aufnehmen. Dadurch lassen sich durch eine einzige Faser etliche Kanäle an Information übertragen. Die Anzahl an Kanälen lässt sich aber nicht beliebig erhöhen, weshalb Wissenschaftler in jüngster Vergangenheit zunehmend die Möglichkeit erforschen, eine weitere Eigenschaft des Lichtes für die Datenübertragung auszunutzen. Denn man kann Licht auch eine räumliche Struktur aufprägen, indem man es durch spezielle Filter schickt. Dies verpasst der Lichtwelle einen Drehimpuls, worauf diese dann eine Schrauben- oder Spiralform annimmt. Diese lassen sich voneinander unterscheiden, so dass zusätzliche Informationskanäle in eine Glasfaser passen, die von Wellenlänge und Polarisation unabhängig sind.

„Unglücklicherweise vermischen sich in den heute üblichen Glasfasern schraubenförmige Lichtwellen miteinander, so dass die Daten verfälscht werden“, so Ramachandran. Die Forscher entwarfen deshalb eine spezielle Glasfaser, die die schraubenförmigen Lichtwellen unbeschädigt passieren ließ. Sie testeten zunächst verschiedene Schraubenformen und erreichten dabei Datentransferraten von 400 Gigabit pro Sekunde. Dann kombinierten sie ihre Technik mit der etablierten Technik, verschiedene Wellenlängen gleichzeitig einzusetzen. Auch dies konnten sie bewerkstelligen und erreichten Datentransferraten von 1,6 Terabit pro Sekunde. Dies liegt im Bereich heutiger Hochleistungsfasern. Ihre Glasfaser, die sie in Anlehnung an die Form der Lichtwellen „Vortex-Faser“ tauften, ist auch daraufhin optimiert, die Vermischung mit anderen Lichtwellen zu vermeiden. Die Forscher testeten ihre Entwicklung über eine Distanz von 1,1 Kilometern. Sie sind aber zuversichtlich, sie mit noch mehr Kanälen und über noch größere Strecken einsetzen zu können.