08.06.2017

50 Terabit pro Sekunde

Optische Kommunikation im Rekordtempo

 (Foto:J. N. Kemal/ P. Marin Palomo/KIT)

Wissenschaftler des KIT und der École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) haben einen neuen Geschwindigkeitsrekord in der Datenübertragung aufgestellt: Mit sogenannten Solitonen-Frequenzkämmen aus optischen Mikroresonatoren lassen sich Daten mit einer Geschwindigkeit von über 50 Terabit pro Sekunde übertragen.

Wie die Forscher in der Zeitschrift Nature berichten, ließen sie optische Solitonen in Mikroresonatoren aus Siliziumnitrid auf einem Chip zirkulieren und erzeugten dadurch optische Frequenzkämme von großer Bandbreite. Zwei solche Frequenzkämme, die sich überlagern, ermöglichen eine massiv parallele Datenübertragung auf 179 Wellenlängenkanälen mit einer Datenrate von über 50 Terabit pro Sekunde.

Optische Solitonen sind spezielle Wellenpakete, die sich ausbreiten, ohne dabei ihre Form zu verändern. In der optischen Kommunikation können Solitonen zur Erzeugung von Frequenzkämmen mit einer Vielzahl von Spektrallinien eingesetzt werden, mit denen sich besonders leistungsfähige und kompakte Übertragungssysteme von hoher Kapazität realisieren lassen.

Wie die Wissenschaftler berichten, verwenden sie optische Mikroresonatoren aus Siliziumnitrid, die sich leicht in kompakte Kommunikationssysteme integrieren lassen. In diesen Mikroresonatoren erzeugten die Forscher Solitonen, welche kontinuierlich zirkulieren und optische Frequenzkämme von großer Bandbreite erzeugen.

Optische Frequenzkämme, für deren Erforschung John Hall und Theodor W. Hänsch 2005 den Physik-Nobelpreis erhielten, bestehen aus einer Vielzahl von benachbarten Spektrallinien, die in genau gleichen Abständen angeordnet sind. Traditionell dienen sie vor allem als hochpräzise optische Referenz zum Messen von Frequenzen.

Für die Datenübertragung eignen sich sogenannte Kerr-Frequenzkämme, die sich durch große optische Bandbreite und für die Kommunikation optimal geeignete Linienabstände auszeichnen. Jede einzelne Spektrallinie lässt sich zur Übertragung eines Datensignals nutzen.

In ihren Experimenten setzten die Forscher aus Karlsruhe und Lausanne zwei sich überlagernde Kerr-Frequenzkämme ein. Sie erzeugten damit insgesamt 179 optische Trägerwellen, die das C- und L-Band der Telekommunikation vollständig abdecken und zur Datenübertragung genutzt werden können. Dabei erreichten sie eine Datenübertragungsrate von 55 Terabit pro Sekunde über eine Entfernung von 75 Kilometern.

„Dies entspricht mehr als fünf Milliarden Telefongesprächen oder mehr als zwei Millionen HDTV-Kanälen. Es ist die höchste Datenrate, die bislang mit einer Frequenzkammquelle im Chip-Format erreicht wurde“, erklärt Professor Christian Koos vom IPQ und IMT des KIT, der für seine Forschung zu optischen Frequenzkämmen einen Starting Independent Researcher Grant des Europäischen Forschungsrats (ERC) erhalten hatte.

Sebastian Gerstl *
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