Lichtwirbel aus dem Opto-Chip

Bristol (Großbritannien) – Lichtwellen breiten sich nicht immer ganz geradlinig aus. Sie können auch rotieren und dabei kleine, optische Wirbel bilden. Um solche Lichtwirbel möglichst effizient und kontrollierbar zu erzeugen, entwickelten nun britische und chinesische Forscher einen speziellen Lichtchip. Viel kleiner als bisherige Quellen für Lichtwirbel, könnte dieses Modul für höhere Raten bei der optischen Datenübertragung sorgen, als es heute mit sogenannten Multiplex-Verfahren möglich ist. Den Prototyp ihres Lichtchips präsentieren die Wissenschaftler in der Zeitschrift „Science“.

Schematische Darstellung dreier Lichtwirbel, die durch verschiedenfarbige Ringstrukturen in ihrer Bewegung symbolisiert sind.
Lichtwirbel

„Unser mikroskopisch kleines Modul für Lichtwirbel ist so kompakt, dass Tausende von Lichtquellen zu sehr geringen Kosten auf einen Siliziumchip gesetzt werden könnten“, sagt Siyuan Yu von der University of Bristol. Wichtigstes Element der Quelle für wirbelndes Licht ist ein Millionstel Meter kleiner Ringresonator. Trifft ein Laserpuls mit einer Wellenlänge im infraroten Spektrum (1525 Nanometer) auf diesen Resonator, wird eine vormals ebene Wellenfront in einen helix-förmigen Wirbel umgewandelt. Verantwortlich dafür sind Wechselwirkungen der elektromagnetischen Eigenschaften der Lichtpulse mit dem aus Silizium aufgebauten und mikrostrukturiertem Resonator.

Lichtwirbel sind im Prinzip keine neue Entdeckung, doch wurden für ihre Erzeugung bisher weitaus größere optische Elemente wie beispielsweise Hologramme oder Materialien mit variierenden Brechungsindices benötigt. Bisher werden Lichtwirbel beispielsweise für optische Pinzetten oder quantenphysikalische Experimente genutzt. Doch die neuen Module erleichtern nun den Schritt zur optischen Datenübertragung mit Lichtwirbeln. Frühere Experimente haben bereits gezeigt, dass so mit einer einzigen Wellenlänge im infraroten Bereich Datenraten von über 2.000 Gigabit pro Sekunde möglich werden.