Revolutionärer kompakter optischer Verstärker verspricht rauschfreie Weltraum- und Glasfaserkommunikation

Forscher der Chalmers University of Technology haben einen optischen Verstärker entwickelt, von dem sie erwarten, dass er sowohl Weltraum- als auch Glasfaserkommunikation revolutionieren wird. Der neue Verstärker bietet hohe Leistung, ist kompakt genug, um in einen Chip von nur wenigen Millimetern Größe integriert zu werden, und entscheidend: Er erzeugt kein überschüssiges Rauschen.

Bedeutung optischer Kommunikation

Optische Kommunikation ermöglicht das Senden von Informationen über sehr große Distanzen. Die Technologie ist in einer Reihe von Anwendungen nützlich, wie Weltraumkommunikation und in Glasfaserkabeln für Internetverkehr.

Mit Kommunikation auf Lichtbasis statt Radiowellen könnten wir beispielsweise schnell hochauflösende Bilder vom Mars senden. Die Information, getragen von Laserstrahlen, könnte mit hoher Geschwindigkeit von einem Sender auf dem Planeten zu einem Empfänger auf der Erde oder dem Mond gesendet werden. Optische Kommunikation ermöglicht auch weltweites Internet – ob das Signal in optischen Glasfaserkabeln unter dem Meeresboden übertragen oder drahtlos gesendet wird.

Das Rauschen-Problem

Da das Licht – das die Information zwischen zwei entfernten Punkten trägt – auf dem Weg Leistung verliert, werden eine große Anzahl optischer 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 überschüssiges Rauschen hinzufügen, das die Qualität des zu sendenden oder empfangenden Signals erheblich beeinträchtigt. Die Lichtverstärkung im Chalmers-Projekt basiert auf einem als Kerr-Effekt bekannten Prinzip, das bisher der einzige bekannte Ansatz ist, der Licht ohne signifikantes überschüssiges Rauschen verstärkt. Das Prinzip wurde bereits demonstriert, aber nie in so kompaktem Format – frühere Versionen waren zu voluminös, um nützlich zu sein. Der neue Verstärker passt in einen kleinen Chip von nur wenigen Millimetern Größe, verglichen mit früheren Verstärkern, die mehrere tausend Mal größer waren.

Zusätzliche Vorteile

Zusätzlich bieten die neuen Verstärker ein Leistungsniveau, das hoch genug ist, damit sie sparsamer platziert werden können, was sie zu einer kosteneffizienteren Option macht. Sie arbeiten auch im Continuous-Wave (CW) Betrieb statt nur im Pulsbetrieb.

„Was wir hier demonstrieren, stellt den ersten CW-Betrieb mit extrem niedrigem Rauschen in einem kompakten integrierten Chip dar. Dies bietet eine realistische Chance für praktischen Einsatz in einer Vielzahl von Anwendungen. Da es möglich ist, den Verstärker in sehr kleine Module zu integrieren, können Sie günstigere Lösungen mit viel besserer Leistung erhalten, was langfristig sehr interessant für kommerzielle Akteure ist“, sagte Professor Peter Andrekson. „Es kann viele praktische Anwendungen haben, nicht nur in der Kommunikation, sondern in Bereichen einschließlich Quantencomputer, verschiedene Sensorsysteme und in der Metrologie bei atmosphärischen Messungen von Satelliten für die Erdüberwachung.“