Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neue Methode für die Datenübertragung mit Licht

29.05.2017

Der steigende Bedarf an schneller, leistungsfähiger Datenübertragung erfordert die Entwicklung neuer Verfahren zur verlustarmen und störungsfreien Übermittlung von optischen Informationssignalen. Wissenschaftler der Universität Johannesburg, des Instituts für Angewandte Optik der Friedrich-Schiller-Universität Jena und des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) präsentieren im Fachblatt „Journal of Optics“ eine neue Möglichkeit, glasfaserbasierte und kabellose optische Datenübertragung effizient miteinander zu verbinden.

Dank des Internets können wir in Sekundenbruchteilen mit Menschen rund um den Globus in Kontakt treten. Damit die Kommunikation reibungslos funktioniert, übertragen weltumspannende faseroptische Netzwerke riesige Datenmengen mit Hilfe von Licht. Um die hohen Übertragungskapazitäten zu erreichen, werden Bündel mehrerer optischer Signale gleichzeitig durch eine Faser geleitet (Multiplexing) und am Ende der Übertragungsstrecke wieder separiert (Demultiplexing). Die Hauptkommunikationsstränge sind für die Mehrheit der Breitbandnutzer jedoch nicht direkt zugänglich und somit nicht nutzbar.


Schema der pixelweisen Übertragung eines Graustufenbildes über eine kombinierte Freiraum-Faser-Freiraum-Strecke. Je eine OAM-Eigenmode des Laserstrahls kodiert für einen Grauwert des Bildes.

Leibniz-IPHT

Eine Option zur Lösung dieser als Last-Mile-Problem bekannten Schwierigkeit besteht darin, Privathaushalte und Geschäfte mittels optischer Freiraumübertragung, also kabellos, an die Glasfasernetzwerke anzuschließen. Ein Team von Wissenschaftlern aus Südafrika, der Universität Jena und des Leibniz-IPHT in Jena erforschte eine Übertragungsmethode, die die Verbindung von faseroptischer und kabelloser Informationsübermittlung ermöglicht.

Als Informationsträger nutzten sie infrarotes Licht mit speziellen räumlichen Intensitätsverteilungen (Gauss-Laguerre-Moden), die einen Bahndrehimpuls, das Orbital Angular Momentum (OAM), aufweisen. Zur Übertragung der Lichtsignale diente eine, von IPHT-Fasertechnologen entworfene und gefertigte, spezielle Lichtleitfaser. Siegmund Schröter, ebenfalls Wissenschaftler am Leibniz-IPHT, erläutert die Vorteile der Methode:

„Durch den besonderen Verlauf des Brechungsindexes in der optischen Faser besitzen die Lichtbündel (Moden), im Lichtleiter charakteristische spezifische Intensitätsverteilungen, die den Gauss-Laguerre-Moden im Freiraum sehr ähnlich sind. Dadurch können wir das Licht vom Freiraum effektiv in die Lichtleitfaser und von deren Ausgang zurück in den Freiraum koppeln. Die bisher nötigen, aufwändigen Demultiplexing- und Multiplexingschritte entfallen.“

Dass sich die neue Methode zur effizienten Datenübertragung eignet, demonstrierten die Forscher anhand einer hybriden Freiraum-Faseroptik-Freiraum-Verbindung. Sie übertrugen mit der Anordnung ein 481x600 Pixel Graustufenbild des schottischen Physikers James Clerk Maxwell über eine Strecke von insgesamt 4,5 Metern. Dazu kodierten sie das Graustufenbild in ein kombiniertes Lichtbündel, das aus mehreren räumlichen Verteilungen - mit jeweils unterschiedlichen OAM-Zuständen - besteht.

Dieses Lichtbündel leiteten die Wissenschaftler zuerst über eine Freiraumstrecke, dann durch die spezielle optische Glasfaser und zuletzt wieder durch den freien Raum. „Mit dieser Machbarkeitsstudie haben wir bewiesen, dass das OAM zur effizienten Informationsübertragung vom Freiraum über Lichtleitfasern zum Freiraum geeignet ist.

Dadurch können wir die Verluste bei der Lichtleitung innerhalb jeweils eines Übertragungskanals und das Übersprechen zwischen unterschiedlichen Kanälen sehr gering halten“, so Michael Duparré, der am Leibniz-IPHT an neuen Methoden für die optische Signalübertragung forscht. „Bevor wir die kabellose optische Datenübertragung, die derzeit nur für wenige spezielle Anwendungen wie der Kommunikation zwischen Satelliten dient, in Haushalten einsetzen können, ist noch viel Forschungsarbeit nötig.“

Das internationale Wissenschaftler-Team arbeitet auf dem Gebiet der Faseroptik seit mehreren Jahren erfolgreich zusammen. Die aktuellen Ergebnisse veröffentlichte es im internationalen Fachblatt „Journal of Optics“, das den Beitrag als besonderes Highlight des Jahres 2016 würdigte. Den Originalbeitrag und weitere Highlight-Artikel finden Sie auf der Seite des Verlags.

Weitere Informationen:

http://iopscience.iop.org/journal/2040-8986/page/Highlights-of-2016
https://www.leibniz-ipht.de/aktuelles/detail/neue-methode-fuer-die-datenuebertra...

Dr. Anja Schulz | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht cw-Wert wie ein Lkw: FH Aachen testet Weihnachtsbaum im Windkanal
20.11.2017 | FH Aachen

nachricht Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau
17.11.2017 | Universität Ulm

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Transparente Beschichtung für Alltagsanwendungen

Sport- und Outdoorbekleidung, die Wasser und Schmutz abweist, oder Windschutzscheiben, an denen kein Wasser kondensiert – viele alltägliche Produkte können von stark wasserabweisenden Beschichtungen profitieren. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben Forscher um Dr. Bastian E. Rapp einen Werkstoff für solche Beschichtungen entwickelt, der sowohl transparent als auch abriebfest ist: „Fluoropor“, einen fluorierten Polymerschaum mit durchgehender Nano-/Mikrostruktur. Sie stellen ihn in Nature Scientific Reports vor. (DOI: 10.1038/s41598-017-15287-8)

In der Natur ist das Phänomen vor allem bei Lotuspflanzen bekannt: Wassertropfen perlen von der Blattoberfläche einfach ab. Diesen Lotuseffekt ahmen...

Im Focus: Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau

Wissenschaftler um den Ulmer Physikprofessor Johannes Hecker Denschlag haben chemische Prozesse mit einer beispiellosen Auflösung auf Quantenniveau vermessen. Bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit kombinierten die Forscher Theorie und Experiment und können so erstmals die Produktzustandsverteilung über alle Quantenzustände hinweg - unmittelbar nach der Molekülbildung - nachvollziehen. Die Forscher haben ihre Erkenntnisse in der renommierten Fachzeitschrift "Science" publiziert. Durch die Ergebnisse wird ein tieferes Verständnis zunehmend komplexer chemischer Reaktionen möglich, das zukünftig genutzt werden kann, um Reaktionsprozesse auf Quantenniveau zu steuern.

Einer deutsch-amerikanischen Forschergruppe ist es gelungen, chemische Prozesse mit einer nie dagewesenen Auflösung auf Quantenniveau zu vermessen. Dadurch...

Im Focus: Leoniden 2017: Sternschnuppen im Anflug?

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg

Die Sternschnuppen der Leoniden sind in diesem Jahr gut zu beobachten, da kein Mondlicht stört. Experten sagen für die Nächte vom 16. auf den 17. und vom 17....

Im Focus: «Kosmische Schlange» lässt die Struktur von fernen Galaxien erkennen

Die Entstehung von Sternen in fernen Galaxien ist noch weitgehend unerforscht. Astronomen der Universität Genf konnten nun erstmals ein sechs Milliarden Lichtjahre entferntes Sternensystem genauer beobachten – und damit frühere Simulationen der Universität Zürich stützen. Ein spezieller Effekt ermöglicht mehrfach reflektierte Bilder, die sich wie eine Schlange durch den Kosmos ziehen.

Heute wissen Astronomen ziemlich genau, wie sich Sterne in der jüngsten kosmischen Vergangenheit gebildet haben. Aber gelten diese Gesetzmässigkeiten auch für...

Im Focus: A “cosmic snake” reveals the structure of remote galaxies

The formation of stars in distant galaxies is still largely unexplored. For the first time, astron-omers at the University of Geneva have now been able to closely observe a star system six billion light-years away. In doing so, they are confirming earlier simulations made by the University of Zurich. One special effect is made possible by the multiple reflections of images that run through the cosmos like a snake.

Today, astronomers have a pretty accurate idea of how stars were formed in the recent cosmic past. But do these laws also apply to older galaxies? For around a...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

VDI-Expertenforum „Gefährdungsanalyse Trinkwasser"

20.11.2017 | Veranstaltungen

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungen

Roboter für ein gesundes Altern: „European Robotics Week 2017“ an der Frankfurt UAS

17.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Anwender-Workshops „Laserbearbeitung von Faserverbundwerkstoffen“

20.11.2017 | Seminare Workshops

Hand aufs Herz - was wissen wir über herzgesunde Lebensmittel?

20.11.2017 | Unternehmensmeldung

Transparente Beschichtung für Alltagsanwendungen

20.11.2017 | Materialwissenschaften