Glasfaser: Die Suche nach dem schnelleren Licht

Glasfaser ist längst die Basis des modernen Internets, doch die Forschung ist weit davon entfernt, am Ziel zu sein. Statt nur schnellere Anschlüsse zu versprechen, arbeiten Institute und Hersteller an Fasern, die mehr Daten, geringere Latenzen und weniger Energiebedarf ermöglichen.

Warum Glasfaser neu gedacht wird

Die klassische Singlemode-Faser ist eine Erfolgsgeschichte. Ein dünner Glaskern führt Licht über viele Kilometer, mehrere Wellenlängen teilen sich eine Leitung, Verstärker frischen die Signale unterwegs auf. Für Haushalte klingt das nach Zukunft genug, im Backbone, zwischen Rechenzentren und bei KI-Clustern wird es jedoch eng. Dort zählt nicht nur, wie viele Gigabit beim Endkunden ankommen, sondern wie viele Terabit oder Petabit sich über eine einzelne Faser, ein Kabelbündel oder eine Langstrecke transportieren lassen.

Genau deshalb geht es in der Forschung nicht um die eine Technik. Es gibt mehrere Baustellen gleichzeitig: mehr Wellenlängen pro Faser, mehr räumliche Kanäle, neue Glasgeometrien, Hohlkernfasern, sparsamere Verstärker und bessere Signalverarbeitung. Die Rekordmeldungen klingen dabei oft spektakulär, sind aber nur mit Kontext sinnvoll. Eine Laborfaser mit vielen Petabit pro Sekunde ist etwas anderes als ein praxistauglicher Feldversuch über Hunderte Kilometer.

Mehr Farben im Licht

Der naheliegende Weg zu mehr Kapazität ist Wellenlängenmultiplexing, kurz WDM. Dabei werden viele Lichtfarben (das heißt Wellenlängenbereiche) parallel durch dieselbe Faser geschickt. Kommerzielle Langstreckennetze arbeiten vor allem im C- und L-Band (nahes Infrarot). Die Forschung versucht, weitere Spektralbereiche nutzbar zu machen, etwa O-, E-, S- oder U-Band. Das klingt wie eine reine Fleißaufgabe, ist aber technisch anspruchsvoll, weil jede Wellenlänge andere Dämpfung, Verzerrung und Verstärkung mitbringt.

Ein aktueller Rekord in einer kommerziell verfügbaren, standardkonformen Glasfaser liegt bei 430 Terabit pro Sekunde über 10 Kilometer. Er wurde nicht durch eine komplett exotische Faser erreicht, sondern durch die geschickte Nutzung zusätzlicher Modi im O-Band und klassischer Singlemode-Übertragung in anderen Bändern. Der Punkt ist wichtig: Nicht jede Zukunftstechnologie verlangt sofort neue Tiefbauprojekte. Ein Teil der Forschung versucht, vorhandene Faserklassen mit neuer Übertragungstechnik weiter auszureizen.

Mehr Spuren in einer Faser

Der zweite große Trend ist Space Division Multiplexing. Statt nur einen lichtführenden Bereich in der Glasfaser zu nutzen, werden mehrere solcher Bereiche in dieselbe Faser gepackt. Man kann sich das grob wie ein Kabel vorstellen, in dem nicht nur eine, sondern mehrere dünne Leitungen nebeneinander verlaufen. Jeder dieser Kerne kann eigene Lichtsignale transportieren. Alternativ lassen sich auch verschiedene Ausbreitungswege des Lichts innerhalb eines Kerns nutzen. Mehrkernfasern sind besonders spannend, wenn sie beim Außendurchmesser nahe am etablierten 125-Mikrometer-Standard bleiben. Dann lassen sie sich leichter in bestehende Kabel- und Verbindungstechnik integrieren.

Die Rekorde zeigen, was möglich ist. In einem Experiment wurden 22,9 Petabit pro Sekunde über eine einzelne Faser demonstriert. Dafür kombinierten die Forscher mehrere Wellenlängenbänder mit räumlicher Multiplextechnik und aufwendiger MIMO-Signalverarbeitung. Für den Alltag ist das noch kein reifes Produkt, aber es zeigt die Richtung: Künftige Netze könnten nicht nur mehr Lichtfarben nutzen, sondern auch mehrere räumliche Kanäle nebeneinander.

Hohlkernfasern: Luft statt Glas

Der auffälligste Forschungszweig sind derzeit Hohlkernfasern. Hier läuft das Licht nicht mehr überwiegend durch massives Glas, sondern durch einen luftgefüllten Kern. Glasstrukturen rundherum halten das Licht auf Kurs. Der Vorteil ist physikalisch schnell erklärt: Licht bewegt sich in Luft schneller als in Glas. Die Laufzeit sinkt, und zugleich werden einige nichtlineare Effekte schwächer, die klassische Glasfasern bei hoher Leistung begrenzen.

Für Rechenzentren, Finanznetze und Co. kann das wichtiger sein als „ein paar“ mehr Gigabit. Microsoft beschreibt Hohlkernfasern als die Technik für KI-Infrastruktur, weil Training, Inferenz und verteilte Rechenlasten stark von niedriger Latenz und zuverlässiger Bandbreite abhängen. Auch Netzbetreiber interessieren sich für solche Fasern, weil sie längere Strecken bei gleicher Verzögerung oder geringerer Signalverschlechterung ermöglichen könnten.

Der jüngste Praxistest aus China zeigt, warum das Thema Fahrt aufnimmt. YOFC, China Telecom und Dekoli meldeten 51,3 Terabit pro Sekunde über 206,5 Kilometer Hohlkernfaser ohne Zwischenregeneration. Pro Wellenlänge waren 1,2 Terabit pro Sekunde möglich. Das ist kein Petabit-Rekord, aber für einen Feldversuch über eine lange, nicht regenerierte Strecke bemerkenswert. Umgerechnet entsprechen 51,3 Terabit pro Sekunde rund 6,4 Terabyte pro Sekunde. Zum Vergleich: Das entspricht rechnerisch mehr als 51.000 1-Gigabit-Anschlüssen, die gleichzeitig am Limit laufen. Selbst im Vergleich zu 4K-Streaming wird die Dimension absurd groß: Bei 15 Mbit/s pro UHD-Stream wären theoretisch über 3,4 Millionen parallele Streams möglich.

Der Teufel liegt aber wie so oft im Detail. Hohlkernfasern müssen zuverlässig produziert, gespleißt, getestet und mit klassischer Singlemode-Technik verbunden werden können. Gasabsorption im Luftkern, Biegeradien, Steckverbinder und Messverfahren sind keine Nebensache, sondern entscheiden darüber, ob aus Rekorden robuste Netze werden. Deshalb entstehen derzeit nicht nur neue Fasern, sondern auch Adapter, Testgeräte und Standardisierungsverfahren.

Energie wird zum Forschungsthema

Ein weiterer spannender Punkt ist, dass Glasfaserforschung nicht mehr nur nach maximaler Datenrate bewertet wird. Rechenzentren verbrauchen enorme Mengen Strom, und optische Netze sind Teil dieser Bilanz. Neue Fasern sollten daher nicht nur schneller sein, sondern auch weniger Verstärker, weniger Signalverarbeitung oder einfachere Transceiver benötigen. OKI, Lightera und die Keio University demonstrierten 2026 etwa bidirektionale Breitband-WDM-Übertragung über eine einzelne Hohlkernfaser und stellten den Bezug zu 100G-PON und energieärmeren Zugangsnetzen her.

Auch bei Mehrkern- und Multimodefasern entscheidet die Elektronik mit. Je mehr Kanäle, Modi und Interferenzen ein System beherrschen muss, desto stärker wächst der Bedarf an digitaler Signalverarbeitung. Der eigentliche Fortschritt liegt daher oft im Zusammenspiel: Faserdesign, Verstärker, Modulation, Fehlerkorrektur und Signalverarbeitung müssen gemeinsam besser werden.

Auch hier noch mal ein paar Zahlen zur Verdeutlichung: Im privaten Umfeld gebräuchliche 1-GbE-RJ45-Ports verbrauchen typischerweise 0,5 bis 1 Watt unter Last, bei 10-GbE sind es dann schon 2 bis 5 Watt. Die in Rechenzentren eingesetzten SFP-Module verbrauchen hingegen dauerhaft Strom, selbst wenn die Leitung nicht ausgelastet ist. Ein einzelnes 100G-Modul verbraucht um die 3,5 bis 5,5 Watt, bei einem 400G-QSFP-Modul sind es dann schon 7 bis 12 Watt.

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Schon ein vereinfachtes Rechenbeispiel zeigt, warum die Reduzierung des Strombedarfs optischer Schnittstellen relevant ist. Wird ein Rack mit acht optischen 400G-Uplinks an die Spine-Ebene angebunden, stecken allein dafür 16 optische Module im Netz. Bei 1.000 Racks wären es bereits 16.000 Module nur für diese Uplinks. Bei 7 bis 12 Watt pro Modul entspricht das rund 112 bis 192 Kilowatt Dauerlast oder knapp 1,0 bis 1,7 Gigawattstunden Strom pro Jahr, nur für die Module – noch ohne Serveranschlüsse, Signalverarbeitung und Kühlung.

Was davon beim Nutzer ankommt

Für private Glasfaseranschlüsse bedeutet die aktuelle Forschung nicht, dass morgen Terabit-Tarife vor der Tür stehen – die ja objektiv auch gar nicht gebraucht würden. Im Zugang begrenzen heute eher Endgeräte, Router und Ausbaukosten. Die neuen Fasern werden zuerst dort interessant, wo extrem viel Verkehr gebündelt wird: zwischen Rechenzentren, in Metronetzen, Börsenverbindungen, Unterseekabeln und später vielleicht in besonders anspruchsvollen Mobilfunk- und PON-Netzen.

Der Stand der Forschung lässt sich deshalb so zusammenfassen: Die klassische Glasfaser ist nicht am Ende, aber ihre Reserven werden immer gezielter gehoben. Kurzfristig werden vorhandene Fasern durch mehr Wellenlängen und bessere Modulation stärker ausgereizt. Mittelfristig dürften Mehrkernfasern und Hohlkernfasern aus dem Labor heraus in Feldversuche und erste Spezialnetze wandern. Langfristig könnte das Internet nicht nur schneller werden, sondern vor allem latenzärmer und energieeffizienter. Die Zukunft der Glasfaser besteht also nicht aus einem einzelnen Rekord, sondern aus vielen parallelen Wegen, Licht besser zu nutzen.

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