Während der neue Mobilfunkstandard 5G noch getestet wird, arbeiten Forscherinnen und Forscher bereits an Technologien für die nächste Generation der drahtlosen Datenübertragung. Dabei soll 6G noch deutlich höhere Übertragungsraten, kürzere Verzögerungszeiten, eine größere Gerätedichte sowie die Integration Künstlicher Intelligenz ermöglichen.
Auf dem Weg zur sechsten Mobilfunkgeneration sind viele Herausforderungen zu meistern. Diese betreffen sowohl die einzelnen Komponenten als auch ihr Zusammenwirken. So werden die drahtlosen Netze der Zukunft aus einer Vielzahl kleiner Mobilfunkzellen bestehen, innerhalb derer hohe Datenmengen schnell und energieeffizient übertragen werden können.
Frequenzen im Terahertz-Bereich
Zur Vernetzung dieser Zellen benötigt man Funkstrecken, die Dutzende oder gar Hunderte von Gigabit pro Sekunde auf einem Kanal übertragen. Dazu bieten sich Frequenzen im Terahertz-Bereich an, die im elektromagnetischen Spektrum zwischen den Mikrowellen und der Infrarotstrahlung liegen. Eine weitere Aufgabe besteht darin, drahtlose Übertragungsstrecken nahtlos mit Glasfasernetzen zu verbinden. Damit vereinen sie die Vorteile beider Technologien – hohe Kapazität und Zuverlässigkeit mit Mobilität und Flexibilität.Nun gibt es einen vielversprechenden Ansatz zur Konversion der Datenströme von der Terahertz-Übertragung zur optischen Übertragung. Diesen haben Wissenschaftler an den Instituten für Photonik und Quantenelektronik (IPQ), Mikrostrukturtechnik (IMT) sowie Hochfrequenztechnik und Elektronik (IHE) des KIT und dem Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF in Freiburg entwickelt. Sie verwenden ultraschnelle elektro-optische Modulatoren, um ein Terahertz-Datensignal direkt in ein optisches Signal umzuwandeln und damit die Empfängerantenne direkt an eine Glasfaser anzukoppeln. Das berichteten sie zuerst in der Zeitschrift Nature Photonics.
Ultraschnelle Signalverarbeitung
Dabei nutzen die Wissenschaftler in ihrem Experiment eine Trägerfrequenz von circa 0,29 THz und erreichen eine Übertragungsrate von 50 Gbit/s. »Der Modulator beruht auf einer plasmonischen Nanostruktur und hat eine Bandbreite von mehr als 0,36 Terahertz«, erklärt Professor Christian Koos, Leiter des IPQ und Mitglied der kollegialen Leitung des IMT. »Die Ergebnisse zeigen das enorme Potenzial nanophotonischer Bauteile für die ultraschnelle Signalverarbeitung.«Das von den Forschern demonstrierte Konzept reduziert die technische Komplexität von zukünftigen Mobilfunk-Basisstationen. Darüber hinaus kann es Terahertz-Verbindungen mit enorm hohen Datenraten ermöglichen – vorstellbar sind mehrere Hundert Gigabit pro Sekunde.
