Ein einzigartiger Verstärker könnte die optische Kommunikation verändern

Forscher der Chalmers University of Technology haben einen optischen Verstärker entwickelt, von dem sie erwarten, dass er sowohl die Weltraum- als auch die Glasfaserkommunikation revolutionieren wird. Der neue Verstärker bietet eine hohe Leistung, ist kompakt genug, um in einen nur Millimeter großen Chip integriert zu werden, und erzeugt vor allem kein übermäßiges Rauschen.

Die optische Kommunikation ermöglicht es, Informationen über sehr große Distanzen zu übermitteln. Die Technologie ist in einer Reihe von Anwendungen nützlich, z. B. in der Weltraumkommunikation und in Glasfaserkabeln für den Internetverkehr.

Mit einer Kommunikation, die auf Licht statt auf Funkwellen basiert, könnten wir beispielsweise schnell hochauflösende Bilder vom Mars versenden. Die von Laserstrahlen getragenen Informationen könnten mit hoher Geschwindigkeit von einem Sender auf dem Planeten zu einem Empfänger auf der Erde oder auf dem Mond gesendet werden. Die optische Kommunikation ermöglicht es uns auch, das Internet weltweit zu nutzen – egal, ob das Signal in Glasfaserkabeln unter dem Meeresboden übertragen oder drahtlos übertragen wird.

Da das Licht, das die Informationen zwischen zwei entfernten Punkten transportiert, unterwegs an Leistung verliert, werden viele optische Verstärker benötigt. Ohne Verstärker würden bis zu 99 Prozent des Signals in einem Glasfaserkabel innerhalb von 100 Kilometern verschwinden.

Ein bekanntes Problem in der optischen Kommunikation ist jedoch, dass diese Verstärker übermäßiges Rauschen hinzufügen, das die Qualität des Signals, das Sie senden oder empfangen möchten, erheblich beeinträchtigt. Die Lichtverstärkung im Chalmers-Projekt basiert auf einem als Kerr-Effekt bekannten Prinzip, das bisher der einzige bekannte Ansatz ist, der Licht verstärkt, ohne signifikantes übermäßiges Rauschen zu verursachen. Das Prinzip wurde schon früher demonstriert, aber noch nie in einem so kompakten Format – frühere Versionen waren zu sperrig, um nützlich zu sein. Der neue Verstärker passt in einen kleinen Chip, der nur wenige Millimeter groß ist, im Vergleich zu früheren Verstärkern, die mehrere tausend Mal größer waren.

Darüber hinaus bieten die neuen Verstärker ein Leistungsniveau, das hoch genug ist, dass sie sparsamer platziert werden können, was sie zu einer kostengünstigeren Option macht. Sie arbeiten auch im Dauerstrichbetrieb (CW) und nicht nur im Impulsbetrieb.

„Was wir hier demonstrieren, ist der erste CW-Betrieb mit extrem niedrigem Rauschen in einem kompakten integrierten Chip. Dies bietet eine realistische Gelegenheit für den praktischen Einsatz in einer Vielzahl von Anwendungen. Da es möglich ist, den Verstärker in sehr kleine Module zu integrieren, erhält man billigere Lösungen mit viel besserer Leistung, was dies auf lange Sicht für kommerzielle Akteure sehr interessant macht“, sagte Professor Peter Andrekson. „Es kann viele praktische Anwendungen haben, nicht nur in der Kommunikation, sondern auch in Bereichen wie Quantencomputern, verschiedenen Sensorsystemen und in der Metrologie, wenn atmosphärische Messungen von Satelliten für die Erdüberwachung durchgeführt werden.“