Ein Tera-Hertz entspricht 1000 Giga-Hertz. Mit so hohen Frequenzen lassen sich theoretisch extrem hohe Datenraten übertragen, doch ein entscheidendes Hindernis stand dem bisher im Weg. Zwar lassen sich die hochfrequenten elektromagnetischen Wellen mit Hilfe von Femtosekundenlasern erzeugen, aber die Modulation dieser Wellen war bisher sehr schwierig. Dass es ihnen jetzt gelungen ist, demonstrierten die Braunschweiger Wissenschaftler durch die Übertragung eines Stücks Popmusik. Ihre Versuchsanlage füllt das halbe Labor, misst zwei mal drei Meter und besteht aus einem Laser, Umlenkspiegeln, Antennen und Kabeln. Am Ende der Apparatur stehen zwei Lautsprecherboxen, aus denen vor allem ein Rauschen dröhnt. Doch wer genau hinhört, kann einen aktuellen Hit heraushören. "Wir können in diesem Versuchsaufbau natürlich nicht die Qualität von einem HiFi-System erreichen", entschuldigt Thomas Kleine-Ostmann vorsichtshalber. "Das ist im Grunde ein System, das für die Spektroskopie aufgebaut wurde, mit dem wir hier die Funktion unserer Modulatoren demonstrieren." Doch nach zweijähriger Arbeit ist dem Doktoranden damit weltweit erstmals gelungen, Tera-Hertz-Strahlen zu modulieren.
Ein etwa Daumennagel großer Mikrochip bildet das Herzstück der Anlage. Er moduliert, verändert also gezielt die elektromagnetischen Tera-Hertz-Wellen, um ihnen die Musikinformationen aufzuprägen. Dazu variiert der Modulator die Intensität der durchlaufenden Strahlung im Takt der Musik. Professor Martin Koch, der als Doktorvater die Entwicklung des Modulators betreute, erläutert: "Das muss man sich so vorstellen wie eine Schicht von Elektronen. Wir können sie durch das Anlegen einer Spannung heraussaugen. Damit wird der Modulator für die Tera-Hertz-Strahlen etwas transparenter. Auf diese Weise können dann Informationen übertragen werden. In unserem Fall war es zunächst Musik." An der Qualität will man aber noch viel optimieren, so Koch. Der Grund für das starke Rauschen: die Strahlen lassen sich noch nicht stark genug beeinflussen. Das dürfte schon in wenigen Jahren hörbar anders sein, sagt Thomas Kleine-Ostmann: "Es könnte sein, dass Tera-Hertz-Strahlung in der nahen Zukunft für Indoor-Kommunikationssysteme eingesetzt wird. Tera-Hertz-Strahlung hat eine relativ kurze Reichweite, verglichen mit der Gigahertz-Strahlung in Handys. Das liegt daran, dass der Wasserdampf in der Atmosphäre die Tera-Hertz-Strahlung sehr stark absorbiert. Deshalb werden zukünftige Tera-Hertz-Kommunikationssysteme sicherlich auf den Betrieb zum Beispiel in Gebäuden beschränkt sein."
Dort aber könnten die hochfrequenten Signale ein drahtloses Kommunikationssystem mit äußerst hohen Datenraten ermöglichen. Mehrere Gigabit pro Sekunde wären kein Problem, schätzt Kleine-Ostmann: "Extrem hohe Datenraten ließen sich zum Beispiel bei der Übertragung bei hochqualitativen Videosignalen verwenden. Da könnte man sich vorstellen, dass eine ganz Reihe von Leuten im Konferenzraum sitzt, mit einem Laptop, und sich in DVD-Qualität Videosignale von einem zentralen Server herunterlädt." Doch auch in Gebäuden wäre eine Sichtverbindung zwischen Sender und Empfänger Pflicht. Denn Tera-Hertz-Strahlen breitet wie Licht aus, um die Ecke herum geht es also nur mit Hilfe von Tricks, sagt Martin Koch: "Da könnte man geeignete Maßnahmen treffen, etwa die Wände verspiegeln, um eine bessere Netzabdeckung zu gewährleisten. Wir stellen jetzt schon in dieser Richtung Simulationen an, wie viel Prozent der Wände man abdecken müsste. Es ist wirklich ein neues, unentdecktes Land, an dem wir jetzt gerade gelandet sind. Wir stehen noch auf dem Strand."
[Quelle: Michael Engel]
Ein etwa Daumennagel großer Mikrochip bildet das Herzstück der Anlage. Er moduliert, verändert also gezielt die elektromagnetischen Tera-Hertz-Wellen, um ihnen die Musikinformationen aufzuprägen. Dazu variiert der Modulator die Intensität der durchlaufenden Strahlung im Takt der Musik. Professor Martin Koch, der als Doktorvater die Entwicklung des Modulators betreute, erläutert: "Das muss man sich so vorstellen wie eine Schicht von Elektronen. Wir können sie durch das Anlegen einer Spannung heraussaugen. Damit wird der Modulator für die Tera-Hertz-Strahlen etwas transparenter. Auf diese Weise können dann Informationen übertragen werden. In unserem Fall war es zunächst Musik." An der Qualität will man aber noch viel optimieren, so Koch. Der Grund für das starke Rauschen: die Strahlen lassen sich noch nicht stark genug beeinflussen. Das dürfte schon in wenigen Jahren hörbar anders sein, sagt Thomas Kleine-Ostmann: "Es könnte sein, dass Tera-Hertz-Strahlung in der nahen Zukunft für Indoor-Kommunikationssysteme eingesetzt wird. Tera-Hertz-Strahlung hat eine relativ kurze Reichweite, verglichen mit der Gigahertz-Strahlung in Handys. Das liegt daran, dass der Wasserdampf in der Atmosphäre die Tera-Hertz-Strahlung sehr stark absorbiert. Deshalb werden zukünftige Tera-Hertz-Kommunikationssysteme sicherlich auf den Betrieb zum Beispiel in Gebäuden beschränkt sein."
Dort aber könnten die hochfrequenten Signale ein drahtloses Kommunikationssystem mit äußerst hohen Datenraten ermöglichen. Mehrere Gigabit pro Sekunde wären kein Problem, schätzt Kleine-Ostmann: "Extrem hohe Datenraten ließen sich zum Beispiel bei der Übertragung bei hochqualitativen Videosignalen verwenden. Da könnte man sich vorstellen, dass eine ganz Reihe von Leuten im Konferenzraum sitzt, mit einem Laptop, und sich in DVD-Qualität Videosignale von einem zentralen Server herunterlädt." Doch auch in Gebäuden wäre eine Sichtverbindung zwischen Sender und Empfänger Pflicht. Denn Tera-Hertz-Strahlen breitet wie Licht aus, um die Ecke herum geht es also nur mit Hilfe von Tricks, sagt Martin Koch: "Da könnte man geeignete Maßnahmen treffen, etwa die Wände verspiegeln, um eine bessere Netzabdeckung zu gewährleisten. Wir stellen jetzt schon in dieser Richtung Simulationen an, wie viel Prozent der Wände man abdecken müsste. Es ist wirklich ein neues, unentdecktes Land, an dem wir jetzt gerade gelandet sind. Wir stehen noch auf dem Strand."
[Quelle: Michael Engel]