Mit einer Flüssigkeit gefüllte Glasfaserkabel übertragen und verarbeiten aktiv in Licht codierte Informationen – im Gegensatz zu herkömmlichen in der Telekommunikation verwendeten Glasfasern, die Informationen nur passiv übertragen. Dieses neue Konzept stellt eine Forschergruppe der Bell Laboratorien in New Jersey in dem Fachblatt Applied Physics Letters (Band 80 Seite 4294) vor. Die Wissenschaftler haben als erste Anwendung einen auf diesem Prinzip arbeitenden optischen Filter hergestellt.
Die von der Gruppe um John Rogers hergestellten Glasfasern sind im Gegensatz zu herkömmlichen Fasern mit feinen, nur wenige Mikrometer Durchmesser messenden Luftröhren versetzt. Ein Querschnitt durch eine solche Faser gleicht daher einem Bündel extrem feiner Strohhalme. Diese Röhren befinden sich in dem äußeren Bereich der Faser, der einen konzentrischen Kernbereich aus mit Germanium versetztem Silikat umgibt. Der Kernbereich besitzt einen größeren Brechungsindex als der Außenbereich und kann daher Licht durch Totalreflexion der Strahlen an der Grenzfläche zwischen Kern- und Außenbereich leiten.
Wenn nun die Luftröhren an einem Ort entlang der Glasfaser mit einer Flüssigkeit gefüllt werden, so kann Licht bestimmter Wellenlängen nicht mehr übertragen werden ? es ?leckt? gewissermaßen aus der Faser heraus. Eine Veränderung der Temperatur der Flüssigkeit erlaubt zudem die Kontrolle über die Wellenlänge des herausgefilterten Lichts. Eine mit kleinen Heizgeräten ausgestattete Flüssigkeitsfaser kann somit als ein wellenlängenselektiver Filter eingesetzt werden.
Die Forscher glauben, dass derartige Fasern eine große Zukunft in der Telekommunikation haben werden. Um nämlich Informationen mit einer hohen Bandbreite übertragen zu können, werden diese zumeist in Licht mehrerer Wellenlängen (Farben) codiert und gemeinsam durch die gleiche Glasfaser geschickt ? in der Fachwelt bezeichnet man dies als DWDM (dense wavelength devision multiplexing). Zur Decodierung der Informationen muss das Licht am Empfangsort in seine Wellenlängenbestandteile getrennt werden, zumeist mit teuren optoelektronischen Filtern. Derartige Filter müssen zum Teil auch unterhalb der Ozeane zur Verstärkung von Signalen in transkontinentalen Glasfasern vergraben werden ? ihre Wartung ist dementsprechend teuer. Der Einsatz von Flüssigkeitsfasern könnte daher die Kosten der Übertragung von Signalen über weite Strecken beträchtlich senken.
Die Physik hinter den Flüssigkeitsfasern ist relativ kompliziert: Mittels an bestimmten Stellen im Kernbereich der Fasern platzierten Brechungsgittern wird das Licht in den Außenbereich gedrängt und dort geleitet ? allerdings nur, wenn die feinen Röhren in diesem Bereich mit Luft oder einer Flüssigkeit gefüllt sind, die einen kleineren Brechungsindex als der Außenbereich aufweist. Sobald eine Flüssigkeit mit einem größeren Brechungsindex an diesen Ort gepumpt wird, kann das Licht nicht mehr im Außenbereich geleitet werden und wird damit herausgefiltert.
Stefan Maier
