Die European Space Agency (ESA) arbeitet am Aufbau eines rein optischen Satellitensystems, dass die Glasfasernetze am Boden bei der Übertragung unserer Datenströme entlasten soll. Für ein solches Satellitensystem im 1 μm-Wellenlängenbereich haben Wissenschaftler:innen am LZH einen Prototypen eines faserbasierten Laserverstärkers entwickelt, der die grundsätzliche Machbarkeit eines solchen Systems unter Beweis stellt.
Faserverstärker mit hoher Übertragungsrate und Wirkungsgrad
Der hocheffiziente Faserverstärker (High Efficiency Laser Amplifier – HELA) mit einer optischen Gesamtausgangsleistung von 100 Watt ermöglicht die Kommunikation mittels Wavelength Division Multiplexing (WDM): Er verstärkt zehn nahe beieinanderliegende Wellenlängen gleichzeitig in derselben Faser und unterstützt somit zehn separate Datenkanäle zur Erhöhung der Übertragungsrate des Systems. Die einzelnen Faserkomponenten – Pumplichtkoppler, Cladding Mode Stripper, Endkappe – wurden dabei auch im LZH entwickelt und angefertigt.
Insgesamt konnten die Forscher:innen mit der verwendeten Fasertechnologie einen Gesamtwirkungsgrad des Verstärkersystems (engl. Wall-Plug-Effizienz) von etwa 30 Prozent erreichen, was eine deutliche Verbesserung im Vergleich zu Verstärkersystemen im klassischen Telekomwellenwellenlängenbereich bei 1,5 µm darstellt. Durch eine spezielle Anpassung der Verstärkerkonfiguration konnten die Wissenschaftler:innen eine nahezu identische Verstärkung aller 10 Wellenlängen erzielen.
Ziel: Mehr Unabhängigkeit von Infrastruktur auf der Erde
Die ESA möchte mit dem HydRON-Projekt (High-thRoughput Optical Network) ein optisches Satellitennetzwerk realisieren, das nahtlos in terrestrische Fasernetzwerke integriert werden kann. Das Netzwerk soll dabei Verbindungen mit Datenübertragungsraten im Bereich von einem Terabit pro Sekunde bereitstellen. Ziel ist es, mit dem Satellitensystem eine größere Unabhängigkeit von terrestrischer Infrastruktur zu erreichen: Mittels optischer Bodenstationen könnte auch in entlegenen Gebieten, in denen keine Fasernetze verlegt werden können, kommuniziert werden. Zudem könnte ein optisches Weltraumnetz die Datenkommunikation übernehmen, wenn beispielsweise Unterseekabel beschädigt sind und ausfallen.
Das Projekt „Optical Amplifier with Enhanced Wall-plug Efficiency“ wurde unter dem Förderkennzeichen 4000132172/20/NL/AR von der ESA gefördert.
Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH)
Als unabhängiges gemeinnütziges Forschungsinstitut steht das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) für innovative Forschung, Entwicklung und Beratung. Das durch das Niedersächsische Ministerium für Wirtschaft, Arbeit, Verkehr und Digitalisierung geförderte LZH widmet sich der selbstlosen Förderung der angewandten Forschung auf dem Gebiet der Photonik und Lasertechnologie. 1986 gegründet arbeiten inzwischen fast 200 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter am LZH.
Der Fokus des LZH liegt auf den Bereichen Optische Komponenten und Systeme, Optische Produktionstechnologien und Biomedizinische Photonik. Die interdisziplinäre Zusammenarbeit von Naturwissenschaftlern und Maschinenbauern ermöglicht innovative Ansätze für Herausforderungen verschiedenster Bereiche: von der Komponentenentwicklung für spezifische Lasersysteme bis hin zu Prozessentwicklungen für die unterschiedlichsten Laseranwendungen, zum Beispiel für die Medizintechnik oder den Leichtbau im Automobilsektor. 19 erfolgreiche Ausgründungen sind bis heute aus dem LZH hervorgegangen. Das LZH schafft so einen starken Transfer zwischen grundlagenorientierter Wissenschaft, anwendungsnaher Forschung und Industrie.