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Astronomie|Physik Technik|Digitales

Akustische Lichtshow

Die Geschwindigkeit der Ausbreitung von Lichtsignalen in Glasfaserkabeln kann durch sich ebenfalls in den Fasern ausbreitende Schallwellen kontrolliert werden. Dies ist das Ergebnis einer theoretischen Studie von Forschern in Israel, die sich mit nichtlinearen Wechselwirkungen zwischen Licht und Schall befasst. Die Forscher glauben, dass sich auf diese Weise die Geschwindigkeit der Lichtpulse um mehr als fünf Größenordnungen verringern lässt.

Derartig langsame Lichtpulse könnten eine Verarbeitung der codierten Informationen in der Form von Logikoperationen in der Faser selbst ermöglichen, so Richard Tasgal von der Ben-Gurion-Universität, einer der Verfasser der Studie. Dies hängt mit der Verstärkung der nichtlinearen Wechselwirkungen von Lichtpulsen bei niedrigen Pulsgeschwindigkeiten zusammen. In ihrer Studie untersuchten die Forscher nun, unter welchen Umständen eine derartige Kontrolle mittels Schallwellen möglich wird.

Dazu betrachteten die Wissenschaftler eine Glasfaser, deren optischer Brechungsindex entlang ihrer Länge periodischen Schwankungen unterworfen war. Ein derartiges Profil lässt sich zum Beispiel durch die Behandlung gewöhnlicher Fasern mit einem UV-Laser herstellen und hat gewissermaßen die Funktion eines optischen Reflexionsgitters. Wenn nun ein Lichtimpuls in eine solche Faser eingespeist wird, so werden bestimmte Frequenzkomponenten des Pulses wie bei den bekannteren photonischen Kristallen an dem optischen Gitter reflektiert.

Wenn die Stärke des Lichtimpulses zudem groß genug ist, um nichtlineare Wechselwirkungen mit dem Glas der Faser auszulösen, führt dies zu einer Herabsenkung von dessen Ausbreitungsgeschwindigkeit. Tasgal und seine Kollegen nahmen nun einen Sonderfall dieses Phänomens unter die Lupe ? nämlich eine Konfiguration, in der die Geschwindigkeit des Pulses mit der Schallgeschwindigkeit in der Faser zusammenfiel.

Die Forscher fanden durch ihre Berechnungen einerseits heraus, dass Lichtpulse bei ihrem Durchgang durch die Faser Schallwellen erzeugten, die sich parallel zu dem Puls darin ausbreiteten. Für Anwendungen in der Telekommunikationstechnologie viel interessanter war allerdings die Schlussfolgerung, dass sich die Ausbreitung des abgebremsten Pulses auch mittels von außen eingespeister Schallwellen steuern ließ.

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Die durch die Schallwellen ausgelösten Kompressionen innerhalb der Faser erzeugten nämlich selbst ein optisches Gitter, was zu einer weiteren Verringerung der Geschwindigkeit des Lichtpulses führte. Auch die räumliche Form des Pulses, in der Fachwelt als optisch-akustisches Soliton bezeichnet, lässt sich den Forschern nach durch die Schallwellen steuern. Sie hoffen, dass ihre Theorie schon innerhalb der nächsten Jahre experimentell überprüft werden kann.

Physical Review Letters, in press Stefan Maier
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