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News: Nicht weitersagen

Vertrauliche Informationen abhörsicher über weite Strecken zu transportieren, ist eine stets aktuelle Herausforderung in der Telekommunikation. Chaotische Schwankungen in der Lichtintensität von Lasern können genutzt werden, um Informationen, die per Glasfaserkabel transportiert werden, zu maskieren.
In den 90er Jahren lernten Forscher am Georgia Institute of Technology, die chaotischen Schwankungen der Lichtintensität zu steuern, die bestimmte Lasersysteme produzieren. Vier Jahre später gelang es ihnen, zwei chaotisch arbeitende Laser zu synchronisieren. Sie schlugen damals vor, diese Effekte für mögliche Anwendungen in der Telekommunikation zu nutzen.

Jetzt beschreiben Rajarshi Roy und sein Mitarbeiter Gregory D. VanWiggeren in Science vom 20. Februar 1998 die Nutzung der chaotischen Schwankungen, um Informationen zu codieren, die über optische Glasfaserkabel von einem Laser zu einem anderen übertragen werden sollen.

Dadurch können chaotische Trägersignale vertrauliche Mitteilungen verbergen, die über bestehende Glasfaser-Netzwerke übertragen werden. Die Arbeit zeigt auch, daß die Information aus unregelmäßigen Signalen bzw. verrauschten Signalen wieder zurückgewonnen werden kann.

"Mit dem von uns entwickelten System können wir Informationen mit dem Chaos mischen, sie übertragen, und dann wieder vom Chaos trennen", sagte Roy, der Vorsitzende der School of Physics des Georgia Institute of Technology. "In einem herkömmlichen digitalen Signal sieht man die Botschaft sofort. In unserem System dagegen codieren wir die digitale Information in das Chaos hinein; fängt jemand die Mitteilung ab, ist sie für ihn nicht offensichtlich."

Im experimentellen System produziert ein stabiler Diodenlaser ein Nutzsignal aus Rechteckwellen. Dieses wird dann mit einem Erbium-dotierten Verstärker (erbium-doped fiber amplifier, EDFA ) bearbeitet und in ein chaotisches Signal eingeführt. Das wiederum entstammt einem Erbium-dotiertem Ringlaser, jenem Typus, der heute allgemein in der Kommunikationsindustrie anzutreffen ist.

Das entstehende kombinierte Signal, eine Mischung aus der eigentlichen Mitteilung und dem chaotischen Träger, überträgt dann eine Lichtleitfaser zu einem zweiten EDFA, der mit dem ersten nahezu identisch ist. Dieser erzeugt beim Empfang chaotische Schwankungen, die mit denen des Übertragungslasers synchron sind. Der Chaosanteil des Signals, das von einem digitalen Oszilloskop gemessen wird, wird dann vom kombinierten Signal abgezogen und gelangt in einen Tiefpaßfilter. Der Tiefpaßfilter stellt schließlich die ursprüngliche Nachricht wieder her, und der Empfänger kann sie lesen.

Die im Experiment verwandten Diodenlaser und Erbium-dotierten Ringlaser arbeiten mit einer Wellenlänge von etwa 1,53 Mikrometer, die für eine Übertragung in Glasfaserkabeln ideal ist.

Die EDFA-Systeme zum Senden und Empfangen müssen, so Roy, ähnlich, wenn auch nicht identisch sein. Nur dann funktioniert die chaotische Codierung und Decodierung. Das Timing des Signals, Laserzustand und -phase sowie andere Faktoren müssen in beiden Systemen sorgfältig aufeinander abgestimmt werden. Daher kann jemand, der die Nachricht mit einem ähnlichen Laser abfängt, sie nicht entschlüsseln, ohne die entsprechenden Parameter zu kennen.

Andere Forscher haben bereits vorher Chaos benutzt, um Informationen in elektronischen und optoelektronischen Mischsystemen zu maskieren. Doch in der neuen Arbeit werden Botschaften erstmals in einem rein optischen System mittels Chaos transportiert. Dies geschieht rund 100 Mal so schnell wie bei elektronischen Systemen, und deshalb ist das optische System für moderne Kommunikationssysteme so attraktiv. Während im Science-Bereicht das Versenden von Signalen bei 10 Megabits pro Sekunde beschrieben ist, haben Roy und VanWiggeren in der Zwischenzeit Randombits von Informationen sogar mit bis zu 150 Megabit pro Sekunde übertragen. Den Forschern zufolge, können Daten theoretisch unendlich schnell versandt werden, obwohl die Fähigkeiten der Detektorausrüstung in der Praxis eine Grenze setzt.

Bevor das chaotische System praktisch anwendbar ist, müssen die Forscher die demonstrierten Techniken noch weiter entwickeln und sicherstellen, daß sie auch mit längeren Faserlängen funktionieren. Optische Übertragungsnetzwerke können Verzerrungen verursachen, die die chaotischen Schwankungen unter Umständen beeinträchtigen und die Wiedergewinnung des Signals behindern.

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