Drahtlos von Punkt zu Punkt
Optische Nanoantennen senden und empfangen Licht – erstmals Datenübertragung über eine längere Strecke gelungen.
Mobilfunkanbieter übertragen Handygespräche zwischen ihren Sendemasten mittels Richtantennen, kleinen runden Parabolschüsseln unterhalb der länglichen Antennen, die mit den Handys kommunizieren. Das ist sinnvoll, weil eine Datenübertragung über weite Strecken im Gigahertz-Bereich weniger Verluste bei einer Freistrahlübertragung über Antennen aufweist als in Koaxial-Kabelleitungen. Grund ist das exponentielle Abfallen der Leistung in einem Kabel, während eine Richtfunkstrecke durch die Luft nur mit einem Potenzgesetz – die Leistung sinkt mit dem Quadrat des Abstandes – abnimmt.
Abb.: Konzept einer drahtlosen optischen Nanoantennen-Verbindung. Die Nanoantennen (aus Gold) strahlen Licht (rot eingezeichnet) in die Richtung des Empfängers ab. (Bild: Universität Stuttgart, Physikalisches Institut)
Dieses Konzept haben jetzt Wissenschaftler vom 4. Physikalischen Institut der Universität Stuttgart in enger Zusammenarbeit mit dem Max-Planck-Institut für Festkörperforschung und der Carl Zeiss AG in Oberkochen in den optischen Frequenzbereich übertragen. Sie demonstrieren erstmals die Datenübertragung über eine längere Strecke mit Licht, das zwei optische Nanoantennen verbindet. Das Verfahren funktioniert bis zu Distanzen von einigen zehn Mikrometern. Über die Justierung der Phasen eines ganzen Antennenfeldes gelang den Forschern sogar eine Steuerung des Abstrahlwinkels, ganz analog zu einem phasengesteuerten Radar in einer Flugzeugnase.
Dazu entwickelte das Team ein besonderes Abbildungsverfahren, das auf photolumineszierenden Farbstoffen beruht, die auf den Antennen aufgetragen sind. Die Forscher können dadurch mit einem Mikroskop die ganze Anordnung sehr elegant abbilden. Zur Richtungssteuerung nutzen sie den Phasenverlauf der Wellenfront unter dem Objektiv eines Mikroskops.
Das Konzept könnte künftig dabei helfen, Daten, die auf optischen Signalen basieren, schneller von Punkt zu Punkt zu übertragen. Solche Verbindungen lassen sich dann auch umzuschalten, indem man die Antennen in andere Richtungen abstrahlen lässt. Auf diese Weise ließe sich möglicherweise eine einstellbare Chip-zu-Chip-Kommunikation auf zukünftigen Computerplatinen realisieren.
U. Stgt. / RK
