Facebook Connectivity Lab: Kabellose Datenübertragung mit Lasern erreicht 2,1 Gbit/s

Forscher von Facebooks Connectivity Lab haben mit einem neuen Ansatz für die kabellose optische Kommunikation mit Lasern in Laborversuchen Datenraten von über 2 Gbit/s erreicht. Sie sehen die Technik als einen möglichen Ansatz, um entlegene Gegenden kostengünstig mit schnellem Internet zu versorgen.

Das Besondere am Ansatz der Forscher ist der Detektor für den ankommenden Laserstrahl. Statt einer normalen Optik werden die Signale des ankommenden Laserstrahls durch eine glühbirnenförmige Anordnung von optischen Leitern aufgefangen, die mit fluoreszierenden Farbpartikeln versehen sind und die Signale konzentriert an eine 5 Millimeter kleine Photodiode weiterleiten, die optische in elektrische Signale umwandelt. Daraus ergeben sich gleich mehrere Vorteile.

Große Kollektor-Fläche, kleine und schnelle Photodiode

Da wäre zum einen die Form und Größe des Kollektors. Mit einer Oberfläche von 126 cm² ist er relativ groß, kann also mit einem Laserstrahl vergleichsweise einfach anvisiert werden. Da die Photodiode nicht direkt anvisiert werden muss, kann im Gegenzug ein relativ kleines Modell verwendet werden, das schneller arbeitet und somit höhere Modulations- und Datenraten erlaubt. Durch seine Form ist der Kollektor zudem in der Lage, Laserstrahlen aus jeder Richtung zu empfangen, muss also nicht mit Hilfe einer Optik und Mechanik in eine bestimmte Richtung ausgerichtet werden.

Fluoreszierende Leiter erlauben höhere Helligkeit

Ein weiterer Trick, den sich die Forscher zu Nutze machen, ist, das die aus Kunststoff gefertigten Leiter organische Farbpartikel enthalten, die fluoreszieren. Sie absorbieren einfallendes blaues Licht, emittieren aber grünes Licht, dass dann zur Photodiode weitergeleitet wird. Dadurch ist es möglich, die Helligkeit des in das System eintretenden Lichts zu erhöhen.

2,1 Gbit/s ohne spezielle Materialien, Potenzial für über 10 Gbit/s

Da der Umwandlungsprozess in unter zwei Nanosekunden stattfindet, sind hohe Modulationsraten möglich. Unter Verwendung von OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing), das bei der Datenübertragung mittels Laser eher untypisch ist, erreichten die Forscher bei einer Bandbreite von 100 MHz Datenraten von bis zu 2,1 Gbit/s.

Dabei kamen nur Materialien zum Einsatz, die kommerziell verfügbar und nicht speziell für den Einsatz in der Kommunikation entwickelt wurden. Potenzial sehen Thibault Peyronel und seine Kollegen insbesondere in der Entwicklung spezieller Materialien, die im Infrarot-Spektrum funktionieren und noch schneller arbeiten als die Blau/Grün-Umwandlung. Dies würde nicht nur eine für außenstehende unsichtbare Datenübertragung erlauben, sondern theoretisch auch Datenraten von über 10 Gbit/s, wie Peyronels Kollege Tobias Tiecke anmerkt.

Neue Materialien und ein Prototyp für den praktischen Einsatz

Neben der Arbeit an neuen Materialien gemeinsam mit Partnern planen die Forscher auch den Bau eines Prototypen für Tests unter realitätsnahen Bedingungen, um die Machbarkeit eines kommerziellen Produkts zu überprüfen. Da es sich um ein ganz neues System handle, sei noch viel Raum für zukünftige Entwicklungen, so Tiecke.

Details zu ihren Versuchen haben die Forscher unter dem Titel „A Luminescent Detector for Free-Space Optical Communication“ in der der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Optica veröffentlicht. Der Artikel wurde unter unter Open-Access-Bedingungen veröffentlicht und ist frei zugänglich.