Einbahnstraße für Mikrowellen

Neuer photonischer Kristall könnte zur völlig verlustfreien Datenübertragung über Glasfaserkabel führen

Photonischer Kristall für Mikrowellen
Photonischer Kristall für Mikrowellen

Cambridge (USA) - Glasfaserkabel bilden das Rückgrat des weltweiten Datenverkehrs. Doch in Unterseekabeln müssen die Lichtwellen wegen auftretender Streuverluste etwa alle 100 Kilometer einen Verstärker passieren, um nicht unwiederbringlich verloren zu gehen. Die Grundlage für eine völlig verlustfreie Lichtleitung, die ohne jeden Verstärker auskäme, legten nun amerikanische Forscher mit einem neuartigen photonischen Kristall und berichten darüber in der Zeitschrift "Nature".

Wie eine Einbahnstraße für elektromagnetische Wellen wirkt dabei der photonische Kristall, den Marin Soljacic und seine Kollegen vom Massachusetts Institute of Technology in Cambridge (MIT) entwickelt haben. Durch eine streng symmetrisch angeordnete Struktur aus winzigen Ferritstiften schickten sie Mikrowellen. Auf der Basis des komplexen Wechselspiels zwischen magnetischen und elektrischen Feldern in dieser Mikrostruktur konnten die Mikrowellen nicht wie üblich in alle Richtungen wandern, sondern nur in eine einzige. Durch einen Effekt, der vergleichbar ist mit dem Quanten-Hall-Effekt für Elektronen, konnten Transportverluste bei den Photonen in diesem Mikrowellenleiter vermieden werden.

Mit einer solchen photonischen Einbahnstraße könnte die Effizienz bestehender Glasfaserkabel enorm gesteigert werden. Allerdings funktioniert das Kunststück bisher nur im Mikrowellenbereich. Um für die Datenübertragung interessant zu werden, müssten entsprechende photonische Kristalle für den infraroten Bereich des elektromagnetischen Spektrums entwickelt werden. Da sich diese Versuche allerdings noch im Stadium der Grundlagenforschung befinden, wird es bis dahin wahrscheinlich noch viele Jahre brauchen.