Trotz vieler störender Luftturbulenzen haben Forscher der ETH Zürich (ETHZ) mittels optischem Datenkommunikationslaser mehrere Dutzend Terabit pro Sekunde übertragen. Ein Testlauf mit Projektpartnern aus der Raumfahrtindustrie auf einer 53 Kilometer langen Strecke vom Jungfraujoch nach Bern zeigt das Potenzial. Das System hat eine Leistung von einem Terabit pro Sekunde mit einer einzigen Wellenlänge erreicht und könnte künftig teure Tiefseekabel ersetzen.
"Unser System bedeutet einen Durchbruch. Bisher gelang es nur, entweder grosse Distanzen mit kleinen Bandbreiten von wenigen Gigabit oder kurze Distanzen von wenigen Metern mit grossen Bandbreiten per Freilandlaser zu verbinden. In einer zukünftigen praktischen Anwendung lässt sich das System mit Standardtechnologien problemlos auf 40 Kanäle und damit auf 40 Terabit pro Sekunde hochskalieren", so ETHZ-Forscher Jürg Leuthold.
"Unsere Versuchsstrecke ist aus Sicht einer optischen Datenübertragung wesentlich anspruchsvoller als zwischen einem Satelliten und einer Bodenstation", sagt ETHZ-Studienleiter Yannik Horst. Der Laserstrahl musste sich auf der Teststrecke durch dichte, bodennahe Atmosphäre bewegen. "Dabei beeinflussten die vielfältigen Turbulenzen die Bewegung der Lichtwellen und damit auch die Informationsübertragung", erklärt der Wissenschaftler.
Internetverbindungen über Satelliten sind nicht neu. Der aktuell bekannteste Vertreter ist die Starlink-Konstellation von Elon Musk, die mit über 2.000 erdnah kreisenden Satelliten Internet in fast jeden Winkel der Welt bringt. Um Daten zwischen Satelliten und Bodenstationen zu übertragen, werden allerdings Funktechnologien verwendet, die wesentlich weniger leistungsfähig sind. Sie funktionieren wie WLAN oder der Mobilfunk im Mikrowellenbereich des Frequenzspektrums und damit mit Wellenlägen von einigen Zentimetern.
Optische Lasersysteme arbeiten demgegenüber im Bereich des nahen Infrarotlichts mit rund 10.000 Mal kürzeren Wellenlängen von wenigen Mikrometern. So können sie auch mehr Informationen pro Zeiteinheit transportieren. "Um auf grosse Entfernungen beim Empfänger ein genügend starkes Signal zu erhalten, werden die parallelisierten Lichtwellen des Lasers durch ein Teleskop gesendet, das mehrere Dutzend Zentimeter Durchmesser haben kann. Dieser breite Lichtstrahl muss dann möglichst genau auf ein Teleskop beim Empfänger gezielt werden, dessen Durchmesser in der Grössenordnung des empfangenen Lichtstrahls liegt", erläutern die ETHZ-Ingenieure.
