Funken mit Licht: 10.000x mehr Bandbreite

Forschung & Wissenschaft Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie haben eine Möglichkeit gefunden, Nano-Antennen aus Gold deutlich einfacher als bisher herzustellen. Das soll die Datenübertragung per Funk revolutionieren. Mehr als 120 Jahre nach der Entdeckung der elektromagnetischen Natur der Funkwellen durch Heinrich Hertz beherrscht die drahtlose Datenübertragung die Informationstechnologie. Vor einigen Jahren fanden Wissenschaftler heraus, dass man auch mit Lichtwellen funken kann.

Um nun mit den besonders hochfrequenten elektromagnetischen Lichtwellen im Frequenzbereich bei mehreren 100.000 Gigahertz funken zu können, benötigt man winzig kleine Antennen, die nicht größer sind als eine halbe Lichtwellenlänge, also maximal 350 Nanometer. Die kontrollierte Herstellung solcher optischer Funkantennen im Nanomaßstab war weltweit ein bisher sehr schwieriges Problem, weil optische Belichtungsverfahren so kleine Strukturen nicht erzeugen können.

Um dennoch bei ihren Goldantennen, die kleiner sind als 100 Nanometer, die nötige Präzision zu erreichen, nutzten die Wissenschaftler der DFG-Heisenberg-Gruppe "Nanoscale Science" am Lichttechnischen Institut des KIT ein Elektronenstrahlverfahren, die so genannte Elektronenstrahllithografie.

Die Antennen aus Gold wirken physikalisch wie Radioantennen, wobei Radioantennen etwa 10 Millionen Mal so groß sind, also etwa 1 Meter lang. Die empfangene Frequenz ist bei den Nanoantennen entsprechend 1 Million Mal höher als die Radiofrequenz, also nicht 100 Megahertz, sondern mehrere 100.000 Gigahertz.

Diese Nanoantennen können nun Daten mit extremer Datenrate übertragen, weil die hohe Frequenz der Wellen die extrem schnelle Modulation des Signals erlaubt. Für die Zukunft des drahtlosen Datenverkehrs bedeutet dies eine Beschleunigung auf das 10.000-fache der heutigen Datenrate bei zugleich reduziertem Energieverbrauch. Sie bilden somit eine wichtige Grundlage für neue optische Highspeed-Datennetze. Der positive Nebeneffekt: Licht im Bereich von 1.000 bis 400 Nanometer ist für Menschen, Tiere und Pflanzen unschädlich.
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