Verschiedene Aufnahmen von schraubenförmigen Lichtwellen als Wirbel, polarisierte Lichtwellen als Punkt, wie sie bereits heute in Glasfasern Verwendung finden.

Spiralförmige Lichtwellen beschleunigen Datenübertragung

In den vergangenen Jahrzehnten sind die Datenmengen, die durch die weltweiten Kommunikationsnetze strömen, rasant angestiegen. Im selben Zeitraum haben sich auch die Kapazitäten der Glasfaserkabel deutlich erhöht. Ein internationales Forscherteam hat nun eine Glasfaser entwickelt, die eine weitere Steigerung der Übertragungsraten ermöglicht. Wie die Forscher im Fachblatt „Science“ berichten, funktioniert ihre Entwicklung bereits über Strecken von mehr als einem Kilometer. Zudem ließe sich die neue Übertragungstechnik mit etablierten Methoden kombinieren, ohne dass hierzu aufwendige Fehlerkorrekturverfahren notwendig wären. In Zukunft könnte dies zu Einsparungen beim Bau von Kommunikationsnetzen führen – vorausgesetzt, die Herstellungskosten der neuen Fasern und ihrer Übertragungstechnik sind wirtschaftlich.

Spiralförmige Lichtwellen zur Datenübertragung

„Nach zwei Jahrzehnten eindrucksvoller Steigerung der Übertragungsraten stoßen die etablierten Techniken an ihre Grenzen“, beschreibt Studienleiter Siddharth Ramachandran von der Boston University die Situation. Heutige Glasfaserkabel können in derselben Faser Licht unterschiedlicher Wellenlänge und verschiedener Polarisation aufnehmen. Dadurch lassen sich durch eine einzige Faser etliche Kanäle an Information übertragen. Die Anzahl an Kanälen lässt sich aber nicht beliebig erhöhen, weshalb Wissenschaftler in jüngster Vergangenheit zunehmend die Möglichkeit erforschen, eine weitere Eigenschaft des Lichtes für die Datenübertragung auszunutzen. Denn man kann Licht auch eine räumliche Struktur aufprägen, indem man es durch spezielle Filter schickt. Dies verleiht der Lichtwelle einen Drehimpuls, woraufhin diese eine Schrauben- oder Spiralform annimmt. Solche Formen lassen sich voneinander unterscheiden, sodass zusätzliche Informationskanäle in eine Glasfaser passen, die von Wellenlänge und Polarisation unabhängig sind.

„Unglücklicherweise vermischen sich in den heute üblichen Glasfasern schraubenförmige Lichtwellen miteinander, sodass die Daten verfälscht werden“, so Ramachandran. Die Forscher entwarfen deshalb eine spezielle Glasfaser, die die schraubenförmigen Lichtwellen unbeschädigt passieren ließ. Sie testeten zunächst verschiedene Schraubenformen und erreichten dabei Datentransferraten von 400 Gigabit pro Sekunde. Dann kombinierten sie ihre Technik mit der etablierten Technik, verschiedene Wellenlängen gleichzeitig einzusetzen. Auch dies konnten sie bewerkstelligen und erreichten Datentransferraten von 1,6 Terabit pro Sekunde. Dies liegt im Bereich heutiger Hochleistungsfasern. Ihre Glasfaser, die sie in Anlehnung an die Form der Lichtwellen „Vortex-Faser“ tauften, ist auch daraufhin optimiert, die Vermischung mit anderen Lichtwellen zu vermeiden. Die Forscher testeten ihre Entwicklung über eine Distanz von 1,1 Kilometern. Sie sind zuversichtlich, ihre Glasfaser mit noch mehr Kanälen und über noch größere Strecken einsetzen zu können.