Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Die Zukunft ist optisch - einzigartige Laser-Kommunikationsmodule könnten die heutige Technik ersetzen

26.09.2011
Satelliten kommunizieren derzeit mit Hilfe von Mikrowellentechnik. Diese Technologie könnte jedoch bald an ihre Grenzen stoßen, sagt Stefan Spießberger vom Ferdinand-Braun-Institut. Er hat ein Kommunikationsmodul entwickelt, das mit Halbleiterlasern arbeitet und die heutige Technik ersetzen kann.

Mikrowellen als Informationsträger im Weltraum haben mehrere Nachteile. Wegen ihrer großen Wellenlänge können die Kommunikationsmodule nicht endlos verkleinert werden und haben Grenzen in der Übertragungsrate. Für diese Probleme könnten optische Kommunikationsmodule mit Laserlicht die Lösung sein.

„Sie arbeiten mit Wellenlängen um 1000 Nanometer, können dadurch deutlich kleiner gebaut werden und lassen wesentlich höhere Datenübertragungsraten zu“, erklärt Stefan Spießberger vom Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH). Die Strahlen eines Lasers lassen sich darüber hinaus so eng bündeln, dass Reflektionen und Störungen kein Problem mehr darstellen. Die optische Kommunikationstechnik im Weltraum steckt jedoch noch in den Kinderschuhen, erst wenige Initiativen gab es weltweit für den Bau solcher Module. Das nun am FBH entwickelte und getestete Bauelement bringt die Technologie einen großen Schritt voran und ist weltweit einzigartig.

Das Funktionsprinzip ist einfach: Ein Sender erzeugt einen Laserstrahl von genau definierter Wellenlänge und schickt ihn zielgerichtet in den Weltraum.

Der Empfänger mischt diesen Strahl mit einem zweiten Strahl, dem lokalen Oszillator. Verändert man den gesendeten Strahl in kleinen Details, lassen sich diese von der Referenz im Empfänger präzise unterscheiden. Das Differenzsignal kann anschließend in einem komplexen Prozess analysiert werden. „Es wurde bereits gezeigt, dass man auf diese Art und Weise 32 und mehr verschiedene Signalstellungen codieren kann“, so Spießberger. Damit ist eine sehr schnelle Datenübertragung möglich. Des Weiteren können dadurch Signale mit sehr geringer Leistung nachgewiesen und ausgewertet werden.

Tesat-Spacecom hat bislang Festkörperlaser-basierte Module im Weltraumeinsatz. Das deutsche Technologieunternehmen konnte damit zeigen, dass die optische Kommunikation auch in der Praxis gut funktioniert. Der eingesetzte, vergleichsweise großformatige Festkörperlaser wird von halbleiterbasierten Lasermodulen optisch gepumpt. Die dafür genutzten Pumpmodule wurden am FBH im Rahmen mehrerer DLR-geförderter Projekte entwickelt und realisiert. Durch diesen Aufbau ist die Gesamtkonstruktion größer, unhandlicher und ineffizienter als das rein halbleiterbasierte, kompakte Lasermodul des FBH.

Einem Team des Instituts ist es gelungen, das Modul so zu gestalten, dass es sowohl eine hohe Ausgangsleistung als auch eine geringe Linienbreite aufweist. Unter Linienbreite versteht man die Abweichung von der eingestellten Wellenlänge. Je kleiner sie ist, desto präziser lässt sich das Differenzsignal berechnen. „Wir konnten die Linienbreite auf circa 0,4 Femtometer drücken, das ist enorm wenig bei der Ausgangsleistung des Moduls von einem Watt“, so Spießberger. Die Wellenlänge lässt sich im Gegensatz zum Festkörperlaser über einen weiten Bereich frei wählen. Im Ernstfall könnte daher die ideale Wellenlänge für die Kommunikation ermittelt und das Modul entsprechend angepasst werden. Für die Tests ist der Halbleiterlaser jedoch auf die bereits durch Tesat-Spacecom genutzten 1064 Nanometer eingestellt.

Bis die optische Datenübertragung die gängige Mikrowellentechnik in den Satelliten verdrängt hat, ist es jedoch noch ein weiter Weg, ist Spießberger überzeugt. Zum einen halten die Satellitenbetreiber gerne an etablierten Technologien fest, solange es geht. Zum anderen müsste sein Halbleiterlaser-Bauelement noch für den Weltraumeinsatz qualifiziert werden. Dazu gehören entsprechende Vibrations- und Temperaturtests sowie eine hermetisch versiegelte Hülle. „Das Besondere an dem Prototyp ist aber, dass wir bewiesen haben, dass halbleiterbasierte Lasermodule die Anforderungen der kohärenten optischen Datenübertragung im Weltraum erfüllen“, resümiert Spießberger und ist sich sicher: In 15 Jahren kommen die Betreiber der Satelliten an der optischen Datenübertragung nicht mehr vorbei.

Weitere Informationen
Petra Immerz
Communications & Public Relations Manager

Ferdinand-Braun-Institut
Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik
Gustav-Kirchhoff-Straße 4
12489 Berlin

Tel. +49.30.6392-2626
Fax +49.30.6392-2602
E-Mail petra.immerz@fbh-berlin.de
www.fbh-berlin.de
http://twitter.com/FBH_News
Hintergrundinformationen - das FBH
Das Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH) ist eines der welt¬weit führenden Institute für anwendungsorientierte und industrienahe Forschung in der Mikro¬wellen¬technik und Opto¬elektronik. Es erforscht elektronische und optische Komponenten, Module und Systeme auf der Basis von Verbindungshalbleitern. Diese sind Schlüsselbausteine für Inno¬vationen in den gesell-schaftlichen Bedarfsfeldern Kommunikation, Energie, Gesundheit und Mobilität. Leistungsstarke und hochbrillante Diodenlaser, UV-Leuchtdioden und hybride Laser¬systeme entwickelt das Institut vom sichtbaren bis zum ultravioletten Spektralbereich. Die Anwen¬dungsfelder reichen von der Medizin¬technik, Präzisionsmesstechnik und Sensorik bis hin zur optischen Satelliten¬kommu¬nikation. In der Mikrowellentechnik realisiert das FBH hocheffiziente, multifunktionale Verstärker und Schaltungen, unter anderem für energieeffiziente Mobilfunk¬systeme und Komponenten zur Erhöhung der Kfz-Fahrsicherheit. Kompakte atmosphärische Mikro¬¬wellen¬plasmaquellen mit Nieder¬spannungsversorgung entwickelt es für medizinische Anwendungen, etwa zur Behandlung von Hauterkrankungen. Die enge Zusammen¬arbeit des FBH mit Industriepartnern und Forschungs¬einrichtungen garantiert die schnelle Umsetzung der Ergeb¬nisse in praktische Anwendungen. Das Institut beschäftigt 230 Mitarbeiter und hat einen Etat von 20 Millionen Euro. Es gehört zum Forschungsverbund Berlin e.V. und ist Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft.

Petra Immerz | FBH Berlin
Weitere Informationen:
http://www.fbh-berlin.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Informationstechnologie:

nachricht Vom Gehirn zur Robotik: Algorithmen verarbeiten Sensordaten wie das Gehirn
25.09.2017 | Universität Ulm

nachricht Ein stabiles magnetisches Bit aus drei Atomen
21.09.2017 | Sonderforschungsbereich 668

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: LaserTAB: Effizientere und präzisere Kontakte dank Roboter-Kollaboration

Auf der diesjährigen productronica in München stellt das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT das Laser-Based Tape-Automated Bonding, kurz LaserTAB, vor: Die Aachener Experten zeigen, wie sich dank neuer Optik und Roboter-Unterstützung Batteriezellen und Leistungselektronik effizienter und präziser als bisher lasermikroschweißen lassen.

Auf eine geschickte Kombination von Roboter-Einsatz, Laserscanner mit selbstentwickelter neuer Optik und Prozessüberwachung setzt das Fraunhofer ILT aus Aachen.

Im Focus: LaserTAB: More efficient and precise contacts thanks to human-robot collaboration

At the productronica trade fair in Munich this November, the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT will be presenting Laser-Based Tape-Automated Bonding, LaserTAB for short. The experts from Aachen will be demonstrating how new battery cells and power electronics can be micro-welded more efficiently and precisely than ever before thanks to new optics and robot support.

Fraunhofer ILT from Aachen relies on a clever combination of robotics and a laser scanner with new optics as well as process monitoring, which it has developed...

Im Focus: The pyrenoid is a carbon-fixing liquid droplet

Plants and algae use the enzyme Rubisco to fix carbon dioxide, removing it from the atmosphere and converting it into biomass. Algae have figured out a way to increase the efficiency of carbon fixation. They gather most of their Rubisco into a ball-shaped microcompartment called the pyrenoid, which they flood with a high local concentration of carbon dioxide. A team of scientists at Princeton University, the Carnegie Institution for Science, Stanford University and the Max Plank Institute of Biochemistry have unravelled the mysteries of how the pyrenoid is assembled. These insights can help to engineer crops that remove more carbon dioxide from the atmosphere while producing more food.

A warming planet

Im Focus: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Legionellen? Nein danke!

25.09.2017 | Veranstaltungen

Posterblitz und neue Planeten

25.09.2017 | Veranstaltungen

Hochschule Karlsruhe richtet internationale Konferenz mit Schwerpunkt Informatik aus

25.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Legionellen? Nein danke!

25.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Hochvolt-Lösungen für die nächste Fahrzeuggeneration!

25.09.2017 | Seminare Workshops

Seminar zum 3D-Drucken am Direct Manufacturing Center am

25.09.2017 | Seminare Workshops