Das Prinzip der optischen Übertragung ist dabei relativ einfach: Der eigentliche Leiter besteht meist aus einer Quarzglasfaser, die von einem Mantel aus weniger stark lichtbrechendem Material umgeben ist. Am Beginn der Glasfaserstrecke wandelt eine Leucht- oder Laserdiode die ankommenden elektrischen Signale in Lichtwellen um. Das Licht tritt in den Kern der Glasfaser ein und breitet sich aus. Von den Wänden des Kerns wird es dabei reflektiert und dadurch auf Spur gehalten. Am anderen Ende wandelt die empfangende Photodiode es wieder in elektrische Signale um. Der große Vorteil dabei: Im Gegensatz zu Elektronen im Kupferkabel bewegt sich das Licht nahezu widerstandsfrei. Es verliert daher in tausenden Kilometer langen Glasfaserleitungen kaum an Schwung und ist dort noch immer annähernd mit Lichtgeschwindigkeit unterwegs. Darüber hinaus können die verschiedenen Wellenlängen des Lichts mit unterschiedlichen Informationen versehen werden, die dann gleichzeitig auf die Reise gehen.
Verschobene Kopie als Entzerrungshelfer
Das Ganze hat aber leider einen Haken: Durch verschiedene physikalische Effekte wird das Lichtsignal in der Glasfaser relativ schnell abgeschwächt und verzerrt. Je nach Wellenlänge und Datenrate ist die Reichweite einer solchen Übertragung daher sehr begrenzt. Um längere Strecken zu überbrücken, muss das Signal bisher in regelmäßigen Abständen entlang der Leitung durch Verstärker und Signalkorrekturen modifiziert werden. Liu und seine Kollegen haben nun eine Methode getestet, mit der sich Verzerrungen verringern beziehungsweise effektiv herausfiltern lassen.
Ihr Trick dabei: Sie schickten ihr Signal nicht in einem Lichtstrahl auf die Reise, sondern in zwei Kopien. Diese wurden aber leicht versetzt ausgesendet, so dass die Wellen nicht im Gleichtakt schwangen, sondern genau gegeneinander: Immer, wenn die eine ein Hoch erreichte, hatte die andere ein Tief. Die zu einer bestimmten Zeit einwirkenden Störeffekte lösen dadurch bei den beiden Wellen jeweils leicht unterschiedliche Verzerrungen aus. “Dadurch können wir die Störungen herausfiltern, indem wir die Wellen am Ende der Signalstrecke wieder aneinander ausrichten und übereinanderlegen”, erklären die Forscher. Störungen erscheinen dann als Ausschläge, die bei beiden nicht übereinstimmen. Entfernt man diese, kann die ursprüngliche Form des Signals wieder rekonstruiert werden. Durch dieses Verfahren lasse sich die nonlineare Verzerrung um mehr als 8,5 Dezibel reduzieren, so die Wissenschaftler.
Was das praktisch bedeutet, demonstrierten Liu und seine Kollegen in einem Langstrecken-Versuch. Dabei schickten sie acht solcher verschobener Signalpaare mit einer Datenrate von 400 Megabit pro Sekunde mehrfach hintereinander durch eine Schleife aus einem 80 Kilometer langen Glasfaserkabel. Wie sich zeigte, konnten sie das Signal selbst dann noch aus dem Rauschen extrahieren, nachdem es insgesamt 12.800 Kilometer in dieser Teststrecke zurückgelegt hatte.
