Das Internet und Datenverkehr sind aus dem täglichen Leben nicht mehr wegzudenken. Aber mit dem Fortschritt der jeweiligen Technologien wächst auch das Datenvolumen, das sich Tag für Tag seinen Weg durch die Glasfaserkabel der Netzbetreiber sucht. US-Forscher haben eine Methode entwickelt, mit der sie die Kapazität und Reichweite von Datensignalen in optischen Leitern erheblich erhöhen können. Letztlich würde das in einer deutlich erhöhten Bandbreite resultieren.


Signalstörer am Werk

Allein seit dem Jahr 2000 hat der weltweite Datenverkehr um 60 Prozent zugenommen. Verdeutlicht man sich den Technologiesprung seit dieser Zeit, so ist das kein Wunder: Heutige Mobilfunknetze erreichen Bandbreiten, die im Jahr 2000 selbst für kabelgebundene Netze unvorstellbar waren. So sehr sich die Technik auch weiterentwickelt hat, unbegrenzt lassen sich die Kapazitäten in den Glasfasernetzen nicht steigern: “Die heutigen Glasfasersysteme sind wie Treibsand: Je mehr man rumzappelt, desto schneller sinkt man. Bei Glasfasern bedeutet dies; Je mehr Energie man reingibt, desto mehr Verzerrungen bekommt man”, so Nikola Alic von der University of San Diego.


Diese Verzerrungen bezeichnet man als Kerr-Effekt. Er entsteht durch Wechselwirkungen zwischen den elektromagnetischen Wellen der optischen Signale mit den Siliziumatomen des Glasleiters. Der Kerr-Effekt erzeugt Störungen, die sich auf die nachfolgenden Wellen auswirken. Besonders deutlich ist der Effekt spürbar, wenn die Frequenz der Lasersignale leicht schwankt. Minimale Fluktuationen sind allerdings unvermeidbar.

Dem Kerr-Effekt wird entgegengetreten, indem alle 1000 km ein sogenannter Repeater in das Netzwerk integriert wird. Diese bereinigen das Signal um die Verzerrungen, indem sie die optischen Signale in elektrische umwandeln, die Artefakte herausrechnen und das Signal dann wieder in ein optisches verwandeln, das sie dann wieder auf die Reise schicken. Diese Methode ist jedoch nicht billig: Bis zu 80 Prozent der Kosten für moderne Glasfasernetze fallen auf die Repeater.

Ein Frequenzkamm schafft Ordnung

Das Team rund um Nicola Alic suchte daher eine Methode, um die Verzerrungen durch den Kerr-Effekt so gering wie möglich zu halten. Nun könnte ihnen diesbezüglich ein echter Durchbruch gelungen sein. Sie haben eine Methode gefunden, mit der optische Signale ohne Verzerrung um das 20-fache verstärkt werden können. Hierfür erzeugten sie die optischen Trägerwellen mit Hilfe eines Frequenzkamms. Der Ausgangsstrahl kommen dabei aus einem einzelnen Laser und wird dann durch den Frequenzkamm in unterschiedlich modulierte Signale aufgespaltet.

Der Kerr-Effekt lässt sich durch diese Methode zwar nicht vermeiden. Dafür bedient sich die Technologie eines einfachen Tricks: Da alle Signale aus der gleichen Quelle kommen, werden sie auch auf die gleiche Art und Weise durch den Kerr-Effekt verzerrt. Dadurch lassen sich die Verzerrung auch bei hoher Signalintensität identifizieren und herausrechnen.

Reichweite und Leistung deutlich erhöht

Die Forscher konnten die Effektivität ihrer Technologie bereits experimentell nachweisen. Sie schickten optische Signale 1020 Kilometer weit durch ein Glaskabel und konnten dabei die Intensität um das 20-fache erhöhen und die Verzerrungen dennoch erfolgreich eliminieren. Daher ließe sich die Reichweite und Leistung der Netze erheblich erhöhen. Theoretisch ließe sich so die Übertragungsrate und die Reichweite verdoppeln, heißt es in dem in der Fachzeitschrift “Science” veröffentlichten Artikel. Damit würde zwar weder die Notwendigkeit von Repeatern noch weiterer Netze Netze eliminiert werden, aber zumindest aufgeschoben und günstiger gemacht.

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