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Neuartiger optischer Verstärker ohne Rauschen

Forscher in Schweden haben einen optischen Verstärker entwickelt, der beim Verstärken des Lichtsignals extrem wenig Rauschen erzeugt. Die in der Zeitschrift Nature Photonics vorgestellte Studie wurde zum Teil durch das Projekt PHASORS ("Phase sensitive amplifier systems and op...

Forscher in Schweden haben einen optischen Verstärker entwickelt, der beim Verstärken des Lichtsignals extrem wenig Rauschen erzeugt. Die in der Zeitschrift Nature Photonics vorgestellte Studie wurde zum Teil durch das Projekt PHASORS ("Phase sensitive amplifier systems and optical regenerators and their applications") finanziert, das Fördermittel in Höhe von 2,7 Mio. EUR aus dem Themenbereich "Informations- und Kommunikationstechnologien" (IKT) des Siebten Rahmenprogramms (RP7) der EU erhalten hat. Dem Team von der Technischen Universität Chalmers zufolge werden Forscher mit diesem bahnbrechenden Ergebnis in der Lage sein, Signale in optischen Fasern von 1.000 Kilometern (km) auf 4.000 km Reichweite zu steigern. Dank dieser Entwicklung kann die Kapazität in der Datenkommunikation weiter wachsen und möglicherweise zu einer verbesserten Internet- und Laser-Radar-Technologie führen. Der innovative Verstärker könnte außerdem zur Weiterentwicklung von Anwendungen für die Detektion extrem schwacher Lichtwerte etwa bei der Freiraumkommunikation beitragen. Mit dem raschen technologischen Fortschritt wachsen auch die Anforderungen der Nutzer an Übertragung und das Speichern von Informationen. Den schwedischen Forschern zufolge sind optische Verstärker für die Datenkommunikation von entscheidender Bedeutung. Ihr Ziel ist es, Datensignale zu verstärken, ohne sie zuerst in elektrische Signale umzuwandeln. Neben verbesserter Geschwindigkeit und Kapazität fordern die Nutzer auch ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis des übertragenen Signals. Die Forscher verwendeten einen "phasensensitiven parametrischen Verstärker für Glasfaser" (PSA), um die Rauschzahl auf ein Dezibel (dB) zu senken. Konventionelle Erbium dotierte Faserverstärker registrieren Rauschen höchstens bei 3 dB, was die Signalintegrität schwächt. Das Team weist darauf hin, dass bisher noch mit keinem Verstärker mit relativ großer Signalverstärkung ein so niedriges Rauschen (1 dB oder weniger) erreicht werden konnte. Dieses Ergebnis stellt einen so riesigen Schritt nach vorn dar, weil es nicht nur auf theoretischen Überlegungen beruht. Dieser neuartige Verstärker verspricht, in verschiedensten Anwendungen eingesetzt werden zu können. "Dies ist der ultimative optische Verstärker", erklärt der Teamleiter Professor Peter Andrekson von der Chalmers-Universität. "Damit können Städte, Länder und Kontinente viel effizienter miteinander verbunden werden, wobei die Hubs mit den Verstärkern viel weiter auseinander liegen würden. Das Signal kann auch wirksamer moduliert werden. Darüber hinaus ist der Verstärker kompatibel mit jedem Modulationsformat, mit herkömmlichen Lasertransmittern und aufgrund seiner großen Bandbreite mit vielen Lasern verschiedener Wellenlängen." Die Forscher erklären, dass der Brechungsindex von Glas nicht konstant ist; er hängt von der Lichtintensität in der Faser ab. Experimente zeigen, dass ihr Verstärker eine Rauschstärke von 1 dB aufweist, das theoretische Minimum liegt bei 0 dB. Grundsätzlich wurde bei der Verstärkung kein Rauschen hinzugefügt. Das Chalmers-Team plant, den Verstärker in Anwendungen zu übertragen. "Unser Kerngeschäft ist der gesamte Sektor der optischen Telekommunikation", sagt Professor Andrekson. "Aber die Technologie ist allgemein einsetzbar und auf andere Wellenlängen wie sichtbares oder Infrarotlicht skalierbar. Das macht sie attraktiv für Bereiche wie Messung, Spektroskopie, Laser-Radar-Technologie und alle möglichen Anwendungen, bei denen die Detektion von sehr schwachem Licht eine Rolle spielt."Für weitere Informationen: Chalmers University of Technology: http://www.chalmers.se/en/Pages/default.aspx Nature Photonics: http://www.nature.com/nphoton/index.html

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