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Physik: Verdrehter Laserstrahl übermittelt Daten

Forscher haben Porträts berühmter Personen mit einem speziellen Laserstrahl über eine Distanz von drei Kilometern gesendet – durch die turbulente Luft über den Dächern Wiens. Bislang funktionierte die Methode nur unter Laborbedingungen und auf kurzen Strecken.

Ähnlich wie Radio- lassen sich auch Lichtwellen nutzen, um Informationen zu übertragen. Verschiedene Wellenlängen dienen dabei als unterschiedliche Kanäle. Bei einem Laser ist die Wellenlänge konstant, dennoch kann er auf mehreren Kanälen senden, indem er Informationen in unterschiedlichen Schwingungsrichtungen (Polarisationsebenen) transportiert. Da sich die Polarisationsebene von Licht beim Durchgang durch Luft kaum ändert, wurden mit diesem Verfahren bereits Daten über mehrere hundert Kilometer gesendet. Allerdings ist die Zahl der unterscheidbaren Polarisationszustände begrenzt und somit auch die Menge der gleichzeitig transportierbaren Information.

Forscher um Anton Zeilinger von der Universität Wien haben daher ein neues Verfahren der Informationsübertragung entwickelt. Sie geben der Wellenfront des Lasers quasi einen Drehimpuls mit, so dass die Schwingungsebene der Lichtteilchen rotiert. Je nach Stärke dieser Drehung wird der Laserstrahl mehr oder weniger intensiv "verdrillt". Innerhalb ein und desselben Strahls können beliebig viele "Drehimpulse" transportiert werden, ohne sich gegenseitig zu beeinflussen. Die praktisch erreichbaren Übertragungsraten der Methode betragen in Glasfasern derzeit bis zu 2,5 Terabit pro Sekunde – deutlich mehr als beim Polarisationsverfahren.

Zeilingers Team nutzte 16 "Drehimpuls-Kanäle" und übermittelte auf jedem davon einen definierten Grauwert, der bestimmten Bildpunkten eines Porträts zugeordnet war. Ein Computerprogramm setzte die Pixel wieder zusammen. Das Ziel der Forscher lautet, mittels dieser Methode mit Satelliten zu kommunizieren.

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  • Quelle

Krenn, M. et al.: Communication with Spatially Modulated Light through Turbulent Air Across Vienna. In: New Journal of Physics 16, 113028, 2014