Ordnung durch Chaos

  • 03. November 2017

Optisches Chaos optimiert Kopplung von Licht in Resonatoren und Wellenleiter.

Physiker der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg haben gemeinsam mit Kollegen aus China und den USA erstmals eine Methode entwickelt, bei der Licht so kontrolliert gesteuert wird, dass es breitbandig und schnell in einen als Lichtspeicher dienenden Mikro­resonator eingespeist und wieder entnommen werden kann. Dieses Verfahren könnte künftig die bisher auf der Mobilität von Elektronen basierende Weiter­leitung digitaler Informationen durch kontrolliert gelenkte Lichtwellen ersetzen. Im Gegensatz zu den sich relativ langsam und mit Reibungs­verlust bewegenden Elektronen wäre Licht wesentlich schneller unterwegs.

Abb.:  Illustration des Kopplungsprozesses zwischen einem geraden Wellenleiter und einem Lichtspeicher. Dank Chaos kann der Radfahrer dem schnell fahrenden Auto Lichtpakete effizient übergeben. (Bild: Y. Feng & X. Huang)

Abb.: Illustration des Kopplungsprozesses zwischen einem geraden Wellenleiter und einem Lichtspeicher. Dank optischem Chaos kann der Radfahrer dem schnell fahrenden Auto Lichtpakete effizient übergeben. (Bild: Y. Feng & X. Huang)

„Extrem kompakte optische Schaltkreise, in denen Licht statt Elektronen zur Daten­übertragung verwendet wird, könnten künftig die Kommunikation und Daten­verarbeitung revolutionieren. Aber die Kontrolle von Licht stellt eine große Heraus­forderung dar,“ so Jan Wiersig. „Das Haupt­problem dabei ist, dass das Licht in den verschiedenen Bestand­teilen des Schalt­kreises, z. B. im Licht­speicher oder auch im Wellen­leiter, was dem Draht in einem elektrischen Schalt­kreis entspricht, unterschiedliche Geschwindigkeiten hat. Das bedeutet, dass es nicht effizient und kontrolliert von einem Bestandteil des Schalt­kreises zum nächsten wechseln kann.“

Um die unterschiedlichen Geschwindigkeiten des Lichts in dem Wellen­leiter und in einem angrenzenden ringförmigen Licht­speicher aneinander anzugleichen und somit eine schnelle Übergabe von Lichtpaketen in den Speicher zu ermöglichen, benutzten die Wissenschaftler erstmals ein besonderes Verfahren: Sie verformten die ring­förmige Struktur des Licht­speichers leicht und erzeugten damit ein „optisches Chaos“.

Das äußert sich darin, dass es zu schnellen Schwankungen der Geschwindigkeit des Lichts im Licht­speicher kommt. Diese schnellen Schwankungen haben zur Folge, dass die unterschiedlichen Geschwindigkeiten im Wellen­leiter und Licht­speicher für einen sehr kurzen Moment gleich und synchronisiert sind. Diese extrem kurze Zeit­spanne reicht aus, um Licht sehr schnell aus dem Wellenleiter in den Licht­speicher einzuspeisen oder auch wieder zu entnehmen. Mit diesem Verfahren könnten künftig Licht statt Elektronen genutzt werden, um sehr große Daten­mengen breitbandig in optischen Schaltkreisen zu verarbeiten.

U. Magdeburg / DE

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