Licht als Schall gespeichert

  • 14. December 2007



Eine ungewöhnliche Umwandlung von Laserpulsen in Schallwellen kann Daten für extrem kurze Zeit zwischenspeichern.

Durham (USA) – Glasfasern bilden das Rückgrat der globalen Datennetze. Mit extrem kurzlebigen Datenspeichern könnte die Übertragung der Lichtpulse in der Glasfaser noch verbessert werden. Amerikanische Forscher stellen dazu in der Zeitschrift „Science“ eine überraschende Technik vor. Kollidierende Laserpulse erzeugen dabei Schallwellen, die sich die aufgeprägte Information für gerade mal 12 Nanosekunden merken können.

„Um solche akustischen Wellen zu erzeugen, müssen zwei Laserstrahlen mit geringfügig verschiedenen Frequenzen miteinander interagieren“, erklärt Daniel Gauthier von der Duke University in Durham das Grundprinzip des akustischen Datenspeichers. Zusammen mit seinen Kollegen von der Rochester University schickte er einen optischen Datenpuls mit einer Wellenlänge im Infrarotbereich (~1550 Nanometer) in eine Glasfaser. Diesem nur zwei Nanosekunden langen Laserpuls eilt von der anderen Seite der Glasfaser ein 1,5 Nanosekunden langer „Schreibpuls“ mit einer etwas kürzeren oder längeren Wellenlänge entgegen.

Inmitten der Glasfaser treffen diese beiden Laserpulse aufeinander und erzeugen über die so genannte „Stimulierte Brillouin Streuung“ akustische Schwingungen. Die gesamte Energie der Laserpulse wird dabei auf ein Phonon in der Glasfaser übertragen. Damit trägt diese akustische Welle auch die Information des vorher datentragenden Laserpulses.

Um diese Daten wieder auslesen zu können, müssen sie abermals auf einen Laserpuls übertragen werden. Das gelingt mit einem „Lesepuls“, der wie der „Schreibpuls“ nur 1,5 Nanosekunden lang ist. In einem umgekehrten Prozess tritt dieser mit den Phononen in Wechselwirkung und zeigt danach die gleichen Eigenschaften wie der ursprünglich datentragende Laserblitz. Durch eine kleine Zeitverzögerung zwischen Schreib- und Lesepuls erreichte Gauthier maximal eine Speicherzeit von 12 Nanosekunden für die akustische Welle.

So kurz dieser Zeitraum sein mag, für eine Anwendung bei der optischen Datenübertragung könnte er lang genug sein. Denn gelangen in einem Glaserfasernetzwerk zwei Datenpulse zum exakt gleichen Zeitpunkt an einen Knoten, kann nur ein Puls direkt verarbeitet werden. Eine Wartezeit, sprich Zwischenspeicherung, von wenigen Nanosekunden könnte allerdings ausreichen, um etwas zeitversetzt auch die Daten des zweiten Laserpulses am Knoten verwerten zu können.

Auch wenn dieser Prozess schon heute bei Raumtemperatur und bei Frequenzen funktioniert, die zur optischen Datenübertragung genutzt werden, sieht Gauthier noch Entwicklungsbedarf. Denn die Leistung von Schreib- und Lesepuls von derzeit etwa 100 Watt muss noch signifikant reduziert werden. Auch die Speicherzeit würde der Forscher gerne noch verlängern. „Für viele Anwendungen würden wir die Daten gerne über Sekunden speichern können“, so Gauthier. Nun hofft er, dass auch andere Arbeitsgruppen diese Idee der „Stimulierten Brillouin-Streuung“ aufgreifen und die Speicherkapazitäten der akustischen Wellen in Glasfasern weiter optimieren.

Jan Oliver Löfken

Weitere Infos:

Weitere Literatur:

  • R. S. Tucker, P.-C. Ku, C. J. Chang-Hasnain, J. Lightwave Technol. 23, 4046 (2005).
  • Q. Xu, P. Dong, M. Lipson, Nat. Phys. 3, 406 (2007).
  • C. W. Chou et al., Nature 438, 828 (2005).
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