Optische Kommunikation Laser sollen in Zukunft die Mikrowellenkommunikation ablösen

In der Satellitenkommunikation könnte nach Ansicht von Forschern des Berliner Ferdinand-Braun-Instituts ein Durchbruch erfolgen: Laserlicht soll die traditionellen Mikrowellen ablösen.

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Ferdinand-Braun-Institut für Höchstfrequenztechnik

Mikrowellen als Informationsträger werden derzeit noch zur Kommunikation in der Satellitentechnik verwendet. Doch diese Technik könnte nach Ansicht des Ferdinand-Braun-Instituts an ihre Grenzen stoßen.

Schuld sind die großen Wellenlängen der Mikrowellen, die von 30 cm bis 1 mm reichen. Kommunikationsmodule können nicht endlos verkleinert werden.

Stefan Spießberger vom Ferdinand-Braun-Institut (FBH) in Berlin hat ein Kommunikationsmodell entwickelt, das mit Halbleiterlasern arbeitet und die heutige Technik ersetzen könnte.

Optische Kommunikationsmodule mit Wellenlängen von 1000 Nanometer

Die Lösung könnten optische Kommunikationsmodule mit Laserlicht sein. „Sie arbeiten mit Wellenlängen um 1000 Nanometer und können dadurch deutlich kleiner gebaut werden. Außerdem lassen sie wesentlich höhere Datenübertragungsraten zu“, erklärt Stefan Spießberger.

Die Strahlen eines Lasers lassen sich darüber hinaus so eng bündeln, dass Reflektionen und Störungen kein Problem mehr darstellen. Die optische Kommunikationstechnik im Weltraum steckt jedoch noch in den Kinderschuhen, erst wenige Initiativen gab es weltweit für den Bau solcher Module.

Das nun am FBH entwickelte und getestete Bauelement bringt die Technologie einen großen Schritt voran und ist weltweit einzigartig.

Über 32 verschiedene Signalstellungen kodieren

Das Funktionsprinzip ist einfach: Ein Sender erzeugt einen Laserstrahl von genau definierter Wellenlänge und schickt ihn zielgerichtet in den Weltraum. Der Empfänger mischt diesen Strahl mit einem zweiten Strahl, dem lokalen Oszillator. Verändert man den gesendeten Strahl in kleinen Details, lassen sich diese von der Referenz im Empfänger präzise unterscheiden.

Das Differenzsignal kann anschließend in einem komplexen Prozess analysiert werden. „Es wurde bereits gezeigt, dass man auf diese Art und Weise 32 und mehr verschiedene Signalstellungen kodieren kann“, erklärt Spießberger.

Damit ist eine sehr schnelle Datenübertragung möglich. Des Weiteren können dadurch Signale mit sehr geringer Leistung nachgewiesen und ausgewertet werden.

Halbleiterbasierte Lasermodule erfüllen Anforderungen im All

Bis die optische Datenübertragung die gängige Mikrowellentechnik in den Satelliten verdrängt hat, ist es jedoch noch ein weiter Weg, ist Spießberger überzeugt. Zum einen halten die Satellitenbetreiber gerne an etablierten Technologien fest, solange es geht.

Zum anderen müsste sein Halbleiterlaser-Bauelement noch für den Weltraumeinsatz qualifiziert werden. Dazu gehören entsprechende Vibrations- und Temperaturtests sowie eine hermetisch versiegelte Hülle.

„Das Besondere an dem Prototyp ist aber, dass wir bewiesen haben, dass halbleiterbasierte Lasermodule die Anforderungen der kohärenten optischen Datenübertragung im Weltraum erfüllen“, resümiert Spießberger und ist sich sicher: In 15 Jahren kommen die Betreiber der Satelliten an der optischen Datenübertragung nicht mehr vorbei.

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