Licht ist schwer zu bändigen: Wollen Forscher beispielsweise seine Geschwindigkeit manipulieren, müssen sie es mithilfe komplizierter und aufwändiger Gerätschaften überlisten – so glaubte man bisher jedenfalls. Doch jetzt ist es Wissenschaftlern gelungen, zum ersten Mal Licht in optischen Leitern unter normalen Umweltbedingungen und mit einfachen Instrumenten zu bremsen und zu beschleunigen.
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Auf dem Bildschirm im Labor von Luc Thévenaz an der Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) bewegt sich ein kleiner Lichtpunkt hin und her – nicht wirklich spektakulär könnte man meinen. Doch dieser Lichtpunkt könnte weit reichende Auswirkungen auf ganze Technologiebereiche wie die Entwicklung optischer Speicher oder die Telekommunikation haben. Denn Thévenaz und seine Kollegen bremsten nicht nur das Licht aus einer Quelle in einem normalen optischen Leiter um das nahezu dreifache, sie schafften es auch, es zu beschleunigen und damit das Licht schneller reisen zu lassen als die Lichtgeschwindigkeit.
Geschwindigkeit als Hürde für Telekommunikation
Dies ist nicht das erste Mal, dass Wissenschaftler die vermeintlich feste Größe der Lichtgeschwindigkeit manipuliert haben. Unter den richtigen Verhältnissen können sie es inzwischen sogar auf die Geschwindigkeit eines Fahrradfahrers herunterregeln oder es sogar völlig stoppen. Aber alle bisherigen Methoden benötigen dazu spezielle Medien wie kalte Gase oder kristalline Feststoffe und funktionieren nur in bestimmten eng begrenzten Wellenlängenbereichen.
Für zukünftige Anwendungen beispielsweise in der Telekommunikation ist genau dies das Problem: Das Licht rast zwar mit knapp 300.000 Kilometern pro Sekunde durch die modernen Datenautobahnen, aber die Information, die es transportiert, kann mit der bisher existierenden Technologie nicht umgeleitet, gespeichert oder verarbeitet werden und muss daher erst wieder in elektrische Signale umgewandelt werden. Könnte man jedoch das Licht gezielt kontrollieren und damit auch seine Geschwindigkeit und Richtung beeinflussen, könnte diese aufwändige und verlangsamende Umwandlung entfallen.
Lichtbremse ohne viel Hightech
Luc Thévenaz, Miguel Gonzaléz Herraez und Kwang-Yong Song vom EPFL haben jetzt gezeigt, dass genau das funktionieren könnte: Sie bremsten das Licht um den Faktor 3,6 und erschufen damit eine Art „Lichtgedächtnis“, ohne kostspielige experimentelle Aufbauten und in handelsüblichen Leitern. Mithilfe ihrer „Stimulated Brillouin Scattering” (SBS) getauften Methode erzeugten sie zudem Bedingungen, unter denen das Licht schneller als 300 Millionen Meter in der Sekunde reiste – nur scheinbar ein Widerspruch zu physikalischen Grundregeln wie Einsteins Relativitätstheorie, da hier jeweils nur ein Teil des Signals betroffen ist.
“Das hat den enormen Vorteil, eine einfache, billige Prozedur zu sein, die bei jeder Wellenlänge funktioniert, vor allem auch in den Bereichen, die in der Telekommunikation eingesetzt werden“, erklärt Thévenaz. Nach Ansicht des Forschers reichen die möglichen zukünftigen Anwendungen weit über die Optimierung der heutigen Telekommunikationstechnologien hinaus. Ihre Methode könne auch dazu eingesetzt werden, gezielte Mikrowellensignale zu generieren, die die Kommunikation zwischen Satelliten verbessere oder aber für die terrestrischen Kommunikationsnetzwerke der nächsten Generation. „Wir sehen hier vielleicht erst die Spitze eines optischen Eisbergs“, so der Forscher.
(Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, 22.08.2005 – NPO)
