Ultraschnelle Lichtweiche für Kommunikationsnetze: Lösungen auch für das Internet der Zukunft

(f.l.t.r.) Prof. Dr. Hans-Georg Weber, Stefan Diez, Dr. Reinhold Ludwig

Prof. Dr. Hans-Georg Weber (Spokesperson)
Dr. Reinhold Ludwig
Stefan Diez

Heinrich-Hertz-Institut für Nachrichtentechnik Berlin GmbH, Berlin

Technisch veraltete Schalterelemente erweisen sich als Hemmnis für die Weiterentwicklung des Internets.

Wie lässt sich diese Barriere aus dem Weg räumen?

Hans-Georg Weber, Reinhold Ludwig und Stefan Diez verfolgen diesen Ansatz: Schalter, die nicht, wie bisher üblich, elektrisch, sondern mit Licht arbeiten. Hans-Georg Weber ist Forschungsgruppenleiter am Heinrich-Hertz-Institut für Nachrichtentechnik und außerplanmäßiger Professor für Physik an der TU Berlin. Reinhold Ludwig und Stefan Diez sind als Wissenschaftliche Mitarbeiter am Heinrich-Hertz-Institut tätig.

Signalwandlung bremst den Datenstrom

In den weltumspannenden Kommunikationsnetzen wie dem Internet überträgt man die Daten heute meist per Lichtstrahl über Glasfasern. Die Verarbeitung der Daten in den Netzknoten jedoch erfolgt noch immer elektrisch. Dazu müssen die Daten zuerst von einem optischen in ein elektrisches Signal verwandelt, elektrisch verarbeitet und danach wieder einer Lichtwelle aufgeprägt werden. Da der globale Datenverkehr - stimuliert etwa durch Filme und Animationen, die via Internet übertragen werden - stark zunimmt, erweist sich diese umständliche Signalverarbeitung zunehmend als Hindernis.

Ein viel versprechender Ansatz zur Lösung dieses Problems und damit zu einer effizienteren Nutzung der Übertragungskapazität von Glasfasern, besteht darin, die langsamen elektrischen durch ultraschnelle optische Schaltelemente zu ersetzen. Die nominierten Forscher haben dafür eine neuartige Lichtweiche entwickelt. Sie eignet sich zum Schalten von optischen Signalen in wenigen Pikosekunden (Billionstelsekunden) und soll Daten mit Raten von über 100 Gigabit pro Sekunde verarbeiten.

Hohes Tempo, geringes Rauschen

So kurze Schaltzeiten lassen sich nur realisieren, indem Licht durch Licht geschaltet wird. Die Lichtweiche des Heinrich-Hertz-Instituts besteht dazu ausschließlich aus optischen Komponenten. Ihr Vorteil gegenüber elektrischen Schaltern ist neben der weitaus höheren Verarbeitungsgeschwindigkeit ein deutlich einfacherer Aufbau. Außerdem wird ihre Schaltfunktion nicht vom Datensignal gestört, die Bandbreite bei der Signalverarbeitung ist extrem groß, Rauschen und Übersprechen sind dagegen gering.

In Tests konnten die Forscher zeigen, dass die neue Lichtweiche allen bisherigen Verfahren weit überlegen ist. Sie könnte künftig als sehr kompakte Komponente auf einem optischen Chip integriert werden - was eine kostengünstige Herstellung in großer Stückzahl und viele kommerzielle Anwendungen ermöglichen würde. Die Innovation ist durch zwei Patente abgesichert. Ein Beleg für ihren Erfolg ist die Gründung der LKF-Advanced Optics GmbH, einem Spin-Off-Unternehmen der Berliner Forschergruppe.

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