Ein Forschungsteam der ETH Zürich nutzte Laserstrahlen, um optische Daten über die 53 km lange Distanz zwischen dem Berggipfel und der Stadt Bern zu übertragen.
Experiment zur Datenübertragung per Laserstrahl an der ETH Zürich. Foto: ETH Zürich
Forscher der ETH Zürich haben in Zusammenarbeit mit Thales Alenia Space und der französischen Nationalen Agentur für Luft- und Raumfahrt (ONERA) erfolgreich eine optische Datenübertragung über die Luft mithilfe von Lasertechnologie durchgeführt, berichtete Innovation Origins am 22. Juni. Das Experiment, das über eine Distanz von 53 km zwischen dem Jungfraujoch und Bern in der Schweiz durchgeführt wurde, war mit zahlreichen Herausforderungen wie Luftturbulenzen und thermischen Phänomenen konfrontiert.
Mithilfe eines MEMS-Chips (Mikroelektromechanische Systeme) mit 97 verstellbaren Spiegeln korrigierte das Team den Fehler und erreichte eine Bandbreite von einem Terabit pro Sekunde (entspricht 1.000 Gigabit pro Sekunde). Das System kann mit Standardtechnologie auf bis zu 40 Terabit pro Sekunde skaliert werden und eröffnet damit die Möglichkeit einer schnellen und kostengünstigen Internetverbindung über eine Konstellation erdnaher Satelliten.
Während sich der Laserstrahl durch dichte Luft in Bodennähe bewegt, ist er verschiedenen Faktoren ausgesetzt, die die Bewegung der Lichtwelle und die Datenübertragung beeinflussen. Die grösste Herausforderung für die Forschenden waren die unregelmäßigen Turbulenzen der Luftpartikel über schneebedeckten Bergen, der Wasseroberfläche des Thunersees, überfüllten Megastädten und Aareflugzeugen, die zu Fehlern in der Datenübertragung führten. Zudem stört thermische Szintillation die Gleichmässigkeit der Lichtbewegung, die an einem heissen Sommertag mit bloßem Auge erkennbar ist.
Um dieses Hindernis zu überwinden, setzte Projektpartner ONERA MEMS ein. Die Spiegel korrigieren die Phasenverschiebung des Laserstrahls basierend auf der Schnittfläche entlang der Neigung mit einer Rate von 1.500 Mal pro Sekunde.
Durch die Überwindung der technischen Grenzen des Lasersystems gelang es dem ETH-Team, pro Zeiteinheit mehr Informationen zu übertragen als mit der für Satelliten-Internetverbindungen verwendeten Funktechnologie. Die neue Technologie hat das Potenzial, die globale Internet-Infrastruktur, insbesondere in abgelegenen Gebieten, massiv zu verbessern. Da das experimentelle System problemlos auf 40 Kanäle und 40 Terabit pro Sekunde skaliert werden kann, stellt es eine vielversprechende Alternative zu heutigen Tiefseekabeln dar.
An Khang (nach Innovation Origins )
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