Datennetz erweitern 30.08.2013, 10:24 Uhr

Nano-Laser soll Kapazität von Glasfaserkabeln verhundertfachen

Der Datenverkehr wächst auf der ganzen Welt rasant. Die Kapazitäten der Netze sind aber begrenzt. Der EU-Forschungsverbund SASER, an dem auch die Uni Kassel beteiligt ist, will die Kapazität der vorhandenen Glasfaserkabel nun verhundertfachen. Ihre Lösung: Sie laden das Lichtsignal wird mit Zusatzinformationen auf.

Laserchips ähnlich wie diese stellt Reithmaiers Forschungsgruppe an der Uni Kassel her. Jeder der Streifen auf diesen Chips ist ein Laser.

Laserchips ähnlich wie diese stellt Reithmaiers Forschungsgruppe an der Uni Kassel her. Jeder der Streifen auf diesen Chips ist ein Laser.

Foto: Uni Kassel/Blafield

„Um die Kommunikation der Zukunft zu bewältigen, müssen wir die Kapazität der Datenübertragung vervielfachen“, erklärt Professor Johann Peter Reithmaier, Leiter des Fachgebiets Technische Physik an der Universität Kassel und einer der beiden Direktoren des Instituts für Nanostrukturtechnologie und Analytik (INA). 1,4 Zettabyte, das sind 1,4 Billionen Gigabyte oder in Ziffern 1.400.000.000.000.000.000.000 Byte – in dieser kaum vorstellbaren Größenordnung werden die Computernetze bereits 2017 weltweit Datenverkehr bewältigen müssen, prognostizierte der Netzwerkausrüster Cisco im Mai. Ein Grund: Die Datenautobahnen werden verstärkt für Internet-Fernsehen und Internet-Telefonie genutzt.

Forschungsprojekt SASER

Reithmaier beteiligt sich gemeinsam mit Professor Bernd Witzigmann, Leiter des Fachgebiets Theorie der Elektrotechnik und Photonik, an dem EU-weiten Projektverbund SASER. Ziel des Projektes ist es, ein Verfahren zu entwickeln, das die Leistung der vorhandenen Glasfaserkabel um den Faktor 100 steigert. Dafür wollen die SASER-Forscher dem übertragenen Lichtsignal mehr Informationen mitgeben als bislang. Bis dato wird das Lichtsignal in der Glasfaser nur durch eine Intensitätsmodulation genutzt. Vereinfacht dargestellt: Ist es stark (oder „an“), dann wird eine 1 übermittelt, ist es schwach („aus“), eine 0. Pro Wellenlänge lassen sich so bis zu 100 Gigabit pro Sekunde übermitteln. Zudem ist es inzwischen möglich, bis zu 1000 Wellenlängen parallel zu übertragen, also bis zu zehn Terabit. Das ist viel, aber nicht genug: Schon einzelne Rechner können heute bis zu zehn Gigabit pro Sekunde abschicken oder empfangen.

Die Lösung ist die „Kohärente Kommunikation“. Mit ihr nutzen Wissenschaftler, dass das Licht mehr kann als an- und ausgehen. So lässt sich innerhalb einer Wellenlänge die Phase verschieben, also ein bestimmter Abstand zwischen den Spitzen einer Welle einschieben. Wenn der Empfänger in der Lage ist, den Abstand auszulesen, lässt sich die Länge der Phasenverschiebung als weitere Information nutzen. Eine weitere Möglichkeit: Die Amplitude, die Höhe des Wellenausschlages, lässt sich ebenfalls aufmodulieren. In modernen Mobilfunknetzen (UMTS, LTE) werden Phase und Amplitude bereits moduliert, für die Optik ist dieser Kunstgriff neu. Auch die Polarisation des Lichts, also die Schwingungsrichtung der Lichtwelle, lässt sich als zusätzliche Eigenschaft mit verschiedenen Zuständen mitgeben.

Halbleiter-Laserchip

Aufgabe der Kasseler Arbeitsgruppen ist es, diese Zusatzinformationen auslesbar zu machen. Witzigmann und sein Team machen die zugrunde liegenden Phänomene theoretisch erklärbar, das Team um Reithmaier entwickelt einen winzigen integrierten Halbleiter-Laserchip, der die zusätzlichen Informationen auslesen kann. Größe und Genauigkeit des Chips sind dabei die Herausforderungen. Erste Probechips wurden bereits produziert. „Die ersten Ergebnisse sind ermutigend“, so Reithmaier.

Der Forscher erläutert auch, warum es so wichtig ist, neue Kapazitäten zu schaffen. „Wir müssen in einen Bereich vorstoßen, in dem wir pro Sekunde ein Petabit an Informationen übertragen können. Das gilt insbesondere für die Kabel unter den Ozeanen, denn hier wäre es extrem teuer, zusätzliche Leitungen zu verlegen“, sagt er.

36,5 Millionen Euro Förderung

Rund 60 Gruppen aus Wissenschaft und Industrie beteiligen sich europaweit an diesem Unterfangen. Die EU koordiniert den Projektverbund „SASER“, der sich in einzelne Cluster, Projekte und Teilprojekte gliedert, die jeweils von den nationalen Ministerien finanziell gefördert werden. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung unterstützt deutsche Teilprojekte mit insgesamt rund 36,5 Millionen Euro. Das Kasseler Teilprojekt mit dem Titel „Monolop“ erhält rund 1,2 Millionen Euro. Es läuft von Herbst 2012 bis Herbst 2015. Reithmaier und Witzigmann arbeiten dabei zusammen mit der Berliner Firma u2t und dem Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut in Berlin.

Von Andrea Ziech

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