Monsterwellen jagen durch Glasfaser

Lichtwellen zeigen ähnliches Verhalten wie gefährliche Meereswogen

Berlin/Los Angeles (USA) - Wie aus dem Nichts können auf dem Ozean Monsterwellen, so genannte Freak Waves, auftauchen. Mit Höhen von bis zu 50 Metern bilden sie eine große Gefahr für die Schifffahrt. Entstehen können sie beispielsweise, wenn eine kleinere Welle in eine entgegenkommende Strömung hineinläuft und sich dadurch aufschaukelt. Deutsche und amerikanische Physiker fanden ein ähnliches Phänomen nun bei Lichtwellen in Glasfasern. Wie sie in der Zeitschrift "Nature" berichten, könnten damit auch noch offene Fragen der Monsterwellen in den Meeren beantworten werden.

"Solche optischen Monsterwellen sind nahe verwandt mit den riesigen Meereswellen, die bei ruhiger See auftreten können", sagt Daniel Solli von der University of California in Los Angeles. Zusammen mit seinen Kollegen und Claus Ropers vom Max-Born-Institut für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie (MBI) in Berlin schickte er schwache, rote Lichtpulse in eine Glasfaser. Selten tritt dabei ein nichtlineares Phänomen auf, bei dem sich danach ein so genanntes Superkontinuum bildet: Aus dem roten Lichtpuls wurde ein weißer mit allen Spektralfarben.

Genau wie die Monsterwellen auf offener See ist dieser Effekt noch nicht komplett verstanden. In der mikrostrukturierten Glasfaser sehen die Forscher einen Grund für die Bildung des Superkontinuums in so genannten Solitonen. Diese Wellenpakete zerfallen quasi in der Glasfaser und höher energetische Lichtwellen über den gesamten sichtbaren Spektralbereich entstehen.

Das Experiment in Kalifornien zeigte, dass es ein charakteristisches Muster gibt, bei dem die Wellen meist eine geringe Höhe haben und es zu extremen Ausreißern kommt. Diese optischen Monsterwellen kamen statistisch sogar häufiger vor als die Physiker vorher erwartet hatten. Die Ergebnisse sind nicht nur für die nichtlineare Physik von Bedeutung. "Solche optischen Experimente könnten helfen, das Geheimnis der Monsterwellen im Ozean zu erklären", sagt der an der Studie beteiligte Bahram Jalali.