Datenübertragung für Flugzeuge 28.07.2014, 08:23 Uhr

US-Forscher machen Luft zum Lichtwellenleiter

Flugzeuge könnten Daten zukünftig schneller zu Bodenstationen schicken: US-Forscher ist es gelungen, mit Billiardstel Sekunden kurzen Laserimpulsen einen winzigen Luftkanal in eine Art Kabel für die optische Datenübertragung zu verwandeln. 

Ein Tornado der Bundeswehr: Dass Datenübertragung per Laserblitz grundsätzlich funktioniert, haben Forscher des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt bereits bewiesen. 

Ein Tornado der Bundeswehr: Dass Datenübertragung per Laserblitz grundsätzlich funktioniert, haben Forscher des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt bereits bewiesen. 

Foto: dpa

Große Datenmengen lassen sich am schnellsten mit Lichtwellenleitern transportieren. Seele und Hülle der auch Glasfaser genannten Kabel bestehen aus Glas mit unterschiedlichen Brechungsindizes. Deshalb werden die codierten Laserimpulse von der Hülle immer wieder reflektiert. Sie erreichen ihr Ziel auf einem Zickzack-Kurs. Howard Milchberg von der University of Maryland und seine Kollegen haben es jetzt geschafft, Luft so zu manipulieren, dass sie Signale überträgt, als flitzten sie durch einen Lichtwellenleiter. Normalerweise kommen sie nicht allzu weit, weil das Licht durch Partikel in der Luft gestreut wird.

Laserimpulse sind nur 100 Billiardstel Sekunden lang

In der von den US-Forschern präparierten Luft gibt es dagegen kaum Streuverluste. Mit einem Titan-Saphir-Laser schießen sie Laserpulse, die gerade mal 50 bis 100 Femtosekunden lang sind, durch die Luft – eine Femtosekunde ist eine Billiardstel Sekunde. Mit Spiegeln geben sie den Pulsen eine spezielle Geometrie. Sie experimentierten mal mit acht konzentrisch, mal mit vier quadratisch angeordneten Strahlen. Der Durchmesser der Strahlenbündel beträgt rund einen Millimeter. Sie schießen die Strahlen auf Papier. Dort brennen sie sich ein, sodass die Forscher prüfen konnten, ob die Laserpulse die gewünschte Geometrie über die Messstrecke von einem Meter beibehalten hatten.

Übertragungsstrecke soll auf 100 Meter wachsen

Die Strahlenbündel verändern die Luft, wenn sie hindurchschießen. Es bildet sich eine Seele, die von Luft mit einem anderen Brechungsindex umhüllt ist. Lasersignale flitzen durch diese luftige Anordnung genau so wie durch einen gläsernen Lichtwellenleiter. Bisher hat das auf eine Entfernung von gerade mal einem Meter geklappt. Als nächstes versuchen es die Wissenschaftler mit Entfernungen von 50 bis 100 Metern.

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Codierte Laserimpulse werden von der Hülle der Glasfasern immer wieder reflektiert. Sie erreichen ihr Ziel auf einem Zickzack-Kurs. 

Codierte Laserimpulse werden von der Hülle der Glasfasern immer wieder reflektiert. Sie erreichen ihr Ziel auf einem Zickzack-Kurs. 

Quelle: obs/Vodafone D2 GmbH

Bisher konnten die Forscher lediglich zeigen, dass das Verfahren prinzipiell funktioniert. Wenn es einmal einsatzbereit ist, lassen sich beispielsweise die Ergebnisse der Atmosphärenmessungen verbessern. Lidar heißt die Methode, bei der ein Laserstrahl in die Luft geschossen wird. Er wird gestreut und teilweise reflektiert, etwa von Staubteilchen, Schadstoffmolekülen und Regentropfen. Die reflektierten Signale geben Auskunft darüber, was sich in der Luft befindet.

Technik soll Datenübertragung der Flugzeuge verbessern

Auch die Datenübertragung aus schnellen Flugzeugen zur Bodenstation lässt sich mit dieser Technik verbessern. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt und die Bundeswehr haben bereits gezeigt, dass sie funktioniert. Während des Flugs schickte ein Tornado, ein Kampfflugzeug der Bundeswehr, große Datenmengen zur Erde. Außerdem könnte diese Übertragungstechnik bei hohen Umgebungstemperaturen, etwa bei der Stahlerzeugung, eingesetzt werden.

Ein Beitrag von:

  • Wolfgang Kempkens

    Wolfgang Kempkens studierte an der RWTH Aachen Elektrotechnik und schloss mit dem Diplom ab. Er arbeitete bei einer Tageszeitung und einem Magazin, ehe er sich als freier Journalist etablierte. Er beschäftigt sich vor allem mit Umwelt-, Energie- und Technikthemen.

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