Gegenwärtig lassen sich in leistungsfähigen Glasfasernetzen Datenmengen um zehn Gigabit – das sind zehn Milliarden logische Zeichen – pro Sekunde und Kanal übermitteln. Und schon bald werden Datenmengen vieler Terabit (ein Terabit sind 1000 Gigabit) pro Sekunde keine Utopie mehr sein. Forscher der Universität Kassel haben optische Filter im Nanomaßstab entwickelt, die dabei helfen können, große Datenmengen, zum Beispiel Bilder, Musik und Filme, sehr schnell und zeitgleich für verschiedene Sende- und Empfangsgeräte, wie Computer, Telefon oder Fax, in einer einzigen Glasfaser zu übertragen.
Verschlüsselung in Infrarot-Lichtsignalen verschiedener Wellenlängen
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Die zu versendenden Daten werden dazu in Infrarot-Lichtsignale verschiedener Wellenlängen verschlüsselt und zeitgleich nebeneinander in nur einer Glasfaser übertragen. Auf der Empfängerseite der Faser ordnet ein optischer Filter die in den Lichtwellen verborgenen Informationen den unterschiedlichen Empfangsgeräten zu. Der Filter, den die Kasseler Wissenschaftler entwickelt haben, besteht aus mehreren spiegelnden Membranen, die parallel zueinander angeordnet sind.
In Abhängigkeit von ihrem Abstand, der nur wenige hundert Nanometer beträgt (ein Nanometer ist der milliardste Teil eines Meters), ist der Filter nur für Lichtstrahlen einer ganz bestimmten Wellenlänge durchlässig. Wird eine elektrische Spannung an die winzige Konstruktion angelegt, lässt sich der Abstand der Membrane nanometergenau verändern und der Filter ganz gezielt auf bestimmte Lichtwellenlängen einstellen.
Bisher ist es den Kasseler Wissenschaftlern gelungen, den Abstand der Membrane bei einer Spannungsänderung von nur 3,2 Volt um insgesamt 142 Nanometer zu variieren – mit einer Abweichung von nur 0,4 Nanometern. Mit dieser Leistung halten die Wissenschaftler um Prof. Hillmer zur Zeit zwei internationale Rekorde. Rund um die Nanotechnologie haben die Forscher schon 15 Patente eingereicht.
Vorbilder in der Natur
Vorbilder für die optischen Filter finden sich in der Natur. Dort sind es winzige Gitterstrukturen, zum Beispiel in den Federn von Kolibris, die einfallende Lichtwellen einer bestimmten Wellenlänge reflektieren und verstärken, andere auslöschen. Das Gitter, das wie ein optischer Nanofilter wirkt, zerlegt das einfallende Licht spektral, Licht unterschiedlicher Wellenlängen wird in verschiedene Richtungen reflektiert.
Abhängig vom Einfallswinkel des Lichts überlagern sich die Lichtwellen so, dass für einen bestimmten Winkel das Licht einer Farbe verstärkt und alle anderen Farben ausgelöscht werden. Das Gefieder erscheint so für verschiedene Lichtquellenpositionen in unterschiedlichen, herrlich schillernden Farben. Ähnliche Farbeffekte kann man auch bei Pfauen und Vögeln aus der Familie der seltenen Trogone, bei Rosenkäfern und exotischen Schmetterlingen sowie bei Opalen beobachten.
(idw – Universität Kassel, 25.06.2004 – DLO)
