LONDON (IT BOLTWISE) – Die Nachfrage nach schnellen und zuverlässigen drahtlosen Verbindungen wächst stetig, insbesondere in Innenräumen wie Büros und Wohnhäusern. Eine neue Technologie, die auf optischer Drahtloskommunikation basiert, könnte die Lösung für überlastete Funknetze sein. Forscher haben ein kompaktes System entwickelt, das hohe Datenraten mit verbesserter Energieeffizienz kombiniert.
Die moderne Gesellschaft ist zunehmend auf schnelle und zuverlässige drahtlose Verbindungen angewiesen. Anwendungen wie Videokonferenzen, Streaming-Dienste und Smart-Home-Geräte stellen hohe Anforderungen an bestehende Netzwerke, die bereits Milliarden von Nutzern bedienen. Derzeit werden die meisten drahtlosen Daten über funkbasierte Technologien wie WLAN und Mobilfunk übertragen.
Diese Technologien stoßen jedoch an ihre Grenzen, da der Funkfrequenzbereich überlastet ist und in dicht besiedelten Innenräumen Interferenzen auftreten. Zudem steigt der Energieverbrauch, da immer mehr Geräte online gehen. Eine vielversprechende Ergänzung zu diesen Systemen ist die optische Drahtloskommunikation, die Licht statt Funkwellen zur Datenübertragung nutzt. Licht bietet weitaus mehr Bandbreite als Funkfrequenzen, stört bestehende drahtlose Systeme nicht und kann präzise auf bestimmte Orte gerichtet werden.
In einer kürzlich veröffentlichten Studie in Advanced Photonics Nexus demonstrieren Forscher einen kompakten optischen Drahtlossender, der sehr hohe Datenraten mit verbesserter Energieeffizienz kombiniert. Das System basiert auf einem kleinen Chip, der eine Anordnung winziger Halbleiterlaser enthält, und einem sorgfältig gestalteten optischen Aufbau, der die Lichtübertragung zu den Nutzern formt. Diese Elemente bilden zusammen eine skalierbare Plattform für hochkapazitive drahtlose Kommunikation in Innenräumen.
Im Zentrum des Systems steht ein maßgefertigtes 5 x 5-Array von vertikal abstrahlenden Oberflächenemissionslasern, sogenannten VCSELs. Diese Laser emittieren Infrarotlicht und werden häufig in Rechenzentren und für Sensoranwendungen eingesetzt, da sie effizient arbeiten und mit hohen Geschwindigkeiten moduliert werden können. Wichtig ist, dass VCSELs in großen Arrays mit Standard-Halbleiterfertigungstechniken hergestellt werden können.
In den Experimenten erreichten die einzelnen Laser Datenraten zwischen etwa 13 und 19 Gigabit pro Sekunde. Kombiniert erreichte das System eine aggregierte Datenrate von 362,7 Gigabit pro Sekunde. Dies stellt einen der höchsten berichteten Durchsätze für einen optischen Drahtlossender im Chipmaßstab mit einem freiraumgekoppelten Empfänger dar. Die Forscher weisen darauf hin, dass die erreichten Geschwindigkeiten durch die Bandbreite des verwendeten kommerziellen Photodetektors begrenzt waren. Mit schnelleren Empfängern könnte die gleiche Senderarchitektur noch höhere Datenraten unterstützen.
Die optische Drahtloskommunikation ist nicht dazu gedacht, WLAN oder Mobilfunknetze zu ersetzen, sondern sie zu ergänzen. Optische Verbindungen könnten in Räumen, Büros, Fabriken oder anderen Innenräumen eingesetzt werden, in denen hohe Kapazitäten benötigt werden, um den Verkehr von überlasteten Funknetzen zu entlasten. In Zukunft könnten ähnliche Systeme in Beleuchtungskörper, Decken oder Zugangspunkte integriert werden, um vielen Nutzern gleichzeitig schnelle, sichere und energieeffiziente drahtlose Verbindungen zu bieten.
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