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27.03.1981

Neuentwicklung verspricht längere Glasfaserstrecken:\IBM schickt Laserstrahl durch Dampfzellen

Spricht man heute über Computer-Netzwerke, Datenübertragungssysteme oder auch nur ganz allgemein über die sogenannte "Breitbandkommunikation", so fällt dabei unweigerlich das Wort "Glasfaserkabel". Gemeint ist damit die noch recht junge, jedoch bereits praxiserprobte Technik, zur Übertragung von Nachrichten anstelle von schweren, teuren und voluminösen Kupfer-Kabeln leichte, billige Glasfasern zu verwenden.

Leider sind der Glasfasertechnik bislang immer noch deutliche Grenzen in bezug auf die überbrückbare Entfernung gesetzt: Je nach der technischen Ausgestaltung einer Glasfaserstrecke muß schon nach mehreren hundert Metern eine Art "Relaisstation" vorgesehen werden, die dafür sorgt, daß die ursprünglichen Impulse die sich im Zuge der Übertragung gewissermaßen "verwischen", wieder die alte Qualität erhalten. Da verspricht eine Entwicklung Abhilfe, über die Wissenschaftler amerikanischer IBM-Laboratorien kürzlich in einem US-Fachblatt für Optik berichteten.

Diese Entwicklung beruht auf der Tatsache, daß kurze (Laser-) Lichtimpulse, die eine Glasfaser durchlaufen haben, bei Frequenzen nahe der atomaren Resonanz-Frequenz in Dämpfen von bestimmten Metallen (Alkalimetallen) komprimiert, also zusammengedrängt werden. Im Glaskabel selber werden die Impulse hingegen bei zunehmender Strecke immer weiter auseinandergezogen beziehungsweise "verlängert"; der Grund dafür ist übriges der, daß Licht unterschiedlicher Wellenlängen beziehungsweise Frequenzen in den Glasfasern unterschiedlich gestreut wird.

Wahrend sich nämlich im Glaskabel die längeren Lichtwellen (die niedrigeren Frequenzen am roten Ende des sichtbaren Spektrums) schneller als die kürzeren (das "blaue" Licht) ausbreiten - "rotes" Licht läuft dem "blauen" gewissermaßen davon -, ist es im Metalldampf genau umgekehrt. Schon nach kurzer Distanz haben hier die blauen Lichtwellen die roten wieder eingeholt: Es kommt zu der erwähnten Kompression.

Das konnten die IBM-Fachleute in einem Versuch quantitativ nachweisen. Eine Metalldampfzelle von nur 50 Zentimetern Länge genügte, um die Lichtstreuung, die nach 300 Metern optischer Faser auftrat, wieder zu kompensieren. Schickt man das Licht gar mehrfach durch eine Metalldampfzelle, so kann man, berichten die IBM-Wissenschaftler, noch Impulsverzerrungen korrigieren, die am Ende von mehreren Kilometern Glaskabel zu sehen sind.

Anordnung beliebig?

Wie weitere Studien zeigten, scheint es fast beliebig zu sein, ob man einen Impuls erst durch das Glaskabel schickt und dann durch eine Metalldampfzelle oder umgekehrt: Der erwünschte Effekt stellt sich in beiden Fällen ein. So arbeiteten die amerikanischen Wissenschaftler zunächst mit Impulsen von 3,3 Picosekunden Dauer und einem Farbstofflaser mit einer Wellenlänge von knapp 589 Nanometern bei 0,2 Nanometern "Linienbreite", sprich Bandbreite. Nachdem diese Impulse eine Glasfaser von 325 Metern Länge durchlaufen hatten, waren sie auf eine Impulslänge von 13 Picosekunden "angewachsen", das ist etwa das Vierfache des Ausgangswerts. Nach dem Passieren von Natriumdampf schrumpften sie jedoch wieder auf die ursprünglichen 3,3 Picosekunden zusammen.

Umgekehrt ging die Sache genauso glatt: Nun schickten die Wissenschaftler ihre Impulse erst durch die Natriumzelle, wobei sie - diesmal aber mit "blau voraus" - zunächst von 3,3 auf 13 Picosekunden verlängert wurden. Anschließend passierten sie das Glasfaserkabel und wurden (durch die "Blau-Bremse" des Glases) programmgemäß wieder gestaucht, so daß am Ende wieder die 3,3 Picosekunden-Originalimpulse herauskamen.

Energiereicher und schwächer

Mit Hilfe dieser Technik könnte man also künftig, spekulieren die Experimentatoren, Laser-lmpulse von einer Energie durch ein Glasfaserkabel schicken, wie sie derartige Lichtleiter eigentlich gar nicht vertragen. Verlängert man nämlich einen Impuls, beispielsweise in der Metalldampfzelle, so reduziert das auch seine Spitzenenergie am Ende der Metalldampf-Übertragungsstrecke. Während der Impuls dann die Faser passiert, wird er zwar allmählich kürzer und damit energiereicher - infolge der Verluste in der Faser aber zugleich auch schwächer. Seine Spitzen-Amplitude überschreitet also das Leistungsvermögen der Faser in keinem Moment, schreibt IBM. Per Saldo bedeutet das: Man kann die Distanzen zwischen zwei Verstärkern in einer Glasfaser-Strecke vergrößern.

Auf mögliche technische Realisierungen ihrer neuen Entdeckung angesprochen, meinen die IBM-Forscher, eine gute Kombination bestünde wohl aus einer Cäsiumzelle in Verbindung mit einem fest eingestellten, passenden Halbleiter-Laser. Sie sollte eine verzerrungsfreie Impulsübertragung über mehrere Kilometer Glasfaser ermöglichen, wobei die Leitungsverluste minimal bleiben sollten. Aber das ist nun doch schon ein wenig Zukunftsmusik.