Studie: Kämme aus Licht beschleunigen Kommunikation auf 1,44 Tbit/s
Die Nutzung von optischer Kommunikation mit Hilfe von Glasfaserleitungen ist die effektivste Möglichkeit, um große Datenmengen über große Distanzen von bis zu mehreren Hundert Kilometern zu übertragen. Einen neuen Ansatz für den Glasfasereinsatz haben Forscher des Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und der Schweizer École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) nun gemeinsam in einer Studie in der Zeitschrift "Nature Photonics" vorgestellt. Der übertragene Datenstrom erreicht demnach bis zu 1,44 Terabit pro Sekunde (Tbit/s) auf einer Distanz von 300 Kilometern. Die Forschungsergebnisse könnten zur Beschleunigung der weltweiten Kommunikation beitragen.
Wie sieht die eingesetzte technische Lösung konkret aus? Die Frequenzkämme bestehen aus tausenden von dicht benachbarten Spektrallinien, die jeweils im gleichen Abstand voneinander angeordnet sind. Gänzlich neu ist das Verfahren nicht: Frequenzkämme finden sich beispielsweise auch in optischen Atom-Uhren.
Forscher präsentierten die schnelle Datenübertragung per Frequenzkamm. Optischer Mikroresonator aus Silizium-Nitrid: Darin entstehen aus Laserlicht die Spektrallinien des Frequenzkammes. Bild: KIT/ J. Pfeifle.
Für einen großflächigen Einsatz waren die bisher verwendeten Frequenzkämme aber zu groß und zu teuer. Außerdem war der verwendete Abstand der Kanäle zu gering für die Verwendung in der Telekommunikation. Daher griffen die Wissenschaftler auf optische Frequenzkammerquellen mit großen Linienabständen zurück, die auf einem nanophotonischen Chip realisiert wurden. Aus einem einzigen Laserstrahl lassen sich viele Spektrallinien erzeugen, die dann den Frequenzkamm bilden.
Die Forscher stehen nach eigenen Angaben aber erst am Anfang: "Im gegenwärtigen Experiment nutzen wir lediglich 20 Linien des Frequenzkamms. Das lässt sich noch weiter steigern; neue Experimente sind bereits geplant", erläutert Projektkoordinator Christian Koos.
Miniaturisierter Frequenzkamm
Zum Einsatz kamen nicht einzelne Laser pro Übertragungskanal, die die Daten auf Laserlicht unterschiedlicher Wellenlänge kodieren. Denn diese Methode stößt bei der Skalierbarkeit sowie der Stabilisierung der Wellenlänge der Laser an ihre Grenzen. Stattdessen setzten die Wissenschaftler auf einen miniaturisieren optischen Frequenzkamm als Quelle. Die mit diesem Ansatz erreichten Datenraten entsprechen nach Angaben der Forscher dem Datenaufkommen von rund 100 Millionen Telefongesprächen.Wie sieht die eingesetzte technische Lösung konkret aus? Die Frequenzkämme bestehen aus tausenden von dicht benachbarten Spektrallinien, die jeweils im gleichen Abstand voneinander angeordnet sind. Gänzlich neu ist das Verfahren nicht: Frequenzkämme finden sich beispielsweise auch in optischen Atom-Uhren.
Integration des Frequenzkamms auf kompaktem Chip
Forscher präsentierten die schnelle Datenübertragung per Frequenzkamm. Optischer Mikroresonator aus Silizium-Nitrid: Darin entstehen aus Laserlicht die Spektrallinien des Frequenzkammes. Bild: KIT/ J. Pfeifle.
Für einen großflächigen Einsatz waren die bisher verwendeten Frequenzkämme aber zu groß und zu teuer. Außerdem war der verwendete Abstand der Kanäle zu gering für die Verwendung in der Telekommunikation. Daher griffen die Wissenschaftler auf optische Frequenzkammerquellen mit großen Linienabständen zurück, die auf einem nanophotonischen Chip realisiert wurden. Aus einem einzigen Laserstrahl lassen sich viele Spektrallinien erzeugen, die dann den Frequenzkamm bilden.
Die Forscher stehen nach eigenen Angaben aber erst am Anfang: "Im gegenwärtigen Experiment nutzen wir lediglich 20 Linien des Frequenzkamms. Das lässt sich noch weiter steigern; neue Experimente sind bereits geplant", erläutert Projektkoordinator Christian Koos.
