Telefonieren, im Internet surfen, Daten elektronisch übertragen – ohne Lichtwellenleiter sind all diese Prozesse kaum noch denkbar. Etwa 1,6 Terabits schleusen manche konventionellen Netze heute pro Sekunde durch die Leitungen. Doch die Datenmenge wächst und wächst. Wie lange werden die derzeitigen Übertragungssysteme noch mithalten können?

Eine Frage, die nur schwer zu beantworten ist. Denn die Materialien vieler Lichtwellenleiter verhalten sich nichtlinear, das heißt, während sich die Wellen darin bewegen, können sich ihre Frequenzen verändern. Außerdem sorgen die in gewissen Abständen nötigen Verstärker für störendes Rauschen, dass die endgültige Kapazität für die Informationsübermittlung zusätzlich beschränkt. Rechnerisch ist das alles nur sehr schwer zu fassen.

Partha Mitra und Jason Stark von den Bell Laboratories konnten nun jedoch eine theoretische Grenze für die Übertragungskapazität von Lichtwellenleitern berechnen, indem sie den nichtlinearen Kanal durch einen linearen Kanal mit multiplikativem Rauschen ausdrückten. Die Ergebnisse zeigen, dass sich die Kapazität bei den nichtlinearen Materialien ganz anders verhält als bei linearen Medien wie normalen Drähten oder Kabeln: Sie steigt nicht ständig an, sondern weist ein Maximum auf und sinkt nach Erreichen einer spezifischen Übertragungsleistung wieder ab. Verantwortlich dafür ist nach Ansicht der Wissenschaftler vor allem die so genannte Cross-Phase-Modulation, durch die sich benachbarte Signale gegenseitig stören.

Die so errechnete oberste Grenze für die Informationsübertragung liegt pro Sekunde bei etwa drei Bits pro Hertz. Davon sind derzeitige Systeme noch weit entfernt. So soll die nächste Generation an Lichtwellenleitern gerade einmal 0,4 Bits pro Hertz pro Sekunde erreichen können. Außerdem ließe sich die Kapazität womöglich noch erhöhen, da sich die Cross-Phase-Modulation durch einige Tricks recht gut unterdrücken lässt. Zudem sind die nichtlinearen Reaktionen bei hohlen Lichtwellenleitern, die einen Kern aus Luft aufweisen, deutlich geringer. Vorerst ist also noch genug Platz in der Leitung.