Forum for Science, Industry and Business

Sponsored by:     3M 
Search our Site:

 

Optical wireless nanoantenna link

04.07.2014

Mobilfunkanbieter übertragen die Handygespräche zwischen ihren Sendemasten mittels Richtantennen. Diese Richtfunkverbindungen erkennt man an den kleinen runden Parabolschüsseln unterhalb der länglichen Antennen, die mit den Handys kommunizieren.

Wieso verbindet man die Mobilfunkmasten untereinander nicht mit Kabeln? Grund dafür ist die Tatsache, dass Datenübertragung über weite Strecken bei Gigahertz-Frequenzen weniger Verluste bei Freistrahlübertragung über Antennen aufweist als in Koaxial-Kabelleitungen.


Conceptual image of wireless optical data transmission between two optical nanoantennas (gold colored) by light (red color)

Universität Stuttgart, Physikalisches Institut

Der physikalische Grund liegt im exponentiellen Abfallen der Leistung in einem Kabel, während eine Richtfunkstrecke durch die Luft nur mit einem Potenzgesetz (die Leistung sinkt mit dem Quadrat des Abstandes) abfällt.

Dieses Konzept haben jetzt Wissenschaftler vom 4. Physikalischen Institut der Universität Stuttgart in enger Zusammenarbeit mit dem Max-Planck-Institut für Festkörperforschung und der Carl Zeiss AG in Oberkochen in den optischen Frequenzbereich übertragen. Sie demonstrieren erstmals die Datenübertragung über eine längere Strecke mit Licht, das zwei optische Nanoantennen verbindet.

Das ganze funktioniert bis zu Distanzen von einigen 10 Mikrometern. Indem die Phasen eines ganzen Antennenfeldes einjustiert werden, gelingt ihnen sogar eine Steuerung des Abstrahlwinkels, ganz analog zu einem phasengesteuerten Radar in einer Flugzeugnase.

Dazu entwickelten die Forscher ein besonderes Abbildungsverfahren, das auf photolumineszierenden Farbstoffen, die die Antennen überdecken, beruht. Durch ein Mikroskop kann die ganze Anordnung sehr elegant abgebildet werden. Zur Richtungssteuerung wurde der Phasenverlauf der Wellenfront unter einem Mikroskopobjektiv ausgenutzt.

Das Konzept könnte helfen, in Zukunft Datenverbindungen, die auf optischen Signalen basieren, schneller von Punkt zu Punkt zu übertragen und diese Verbindungen auch umzuschalten, indem man die Antennen in andere Richtungen abstrahlen läßt. Eine mögliche einstellbare Chip-zu-Chip Kommunikation auf zukünftigen Computerplatinen könnte dadurch ermöglicht werden.

Doktorand Daniel Dregely, der gerade von der Deutschen Gesellschaft für Angewandte Optik mit dem DGAO Nachwuchspreis 2014 für die beste Dissertation ausgezeichnet wurde, hat die Ergebnisse am 4. Physikalischen Institut der Universität Stuttgart unter der Leitung von Prof. Harald Giessen erzielt.

Am Projekt beteiligt waren auch Prof. Nader Engheta von der University of Pennsylvania, Postdoc Dr. Klas Lindfors vom MPI FKF (der gerade einen Ruf auf eine Juniorprofessur der Universität zu Köln angenommen hat) sowie Juniorprofessor Dr. Markus Lippitz vom MPI FKF (der gerade einen Ruf auf einen Lehrstuhl an die Universität Bayreuth angenommen hat).

Unterstützung bei der Lösung des Problems der Phasensteuerung kam von Dr. Michael Totzeck aus der zentralen Forschung der Carl Zeiss AG in Oberkochen, der ebenfalls Honorarprofessor an der Universität Konstanz ist.

Das Projekt wurde finanziell von der DFG, dem BMBF, der Baden-Württemberg-Stiftung, sowie einem ERC Advanced Grant der EU unterstützt.


Publication in Nature Communications
D. Dregely et al., Nature Communications 2014, doi: 10.1038/ncomms5354
“Imaging and steering an optical wireless nanoantenna link”

Kontakt:

Dr. Hans-Herwig Geyer, Universität Stuttgart, Leiter Hochschulkommunikation und Pressesprecher,
Tel. 0711/685-82555, E-Mail: hans-herwig.geyer [at] hkom.uni-stuttgart.de

Univ.-Prof. Harald Gießen, Universität Stuttgart, Physikalisches Institut, Tel. 0711/685-65111, E-Mail: harald.giessen [at] physik.uni-stuttgart.de

Andrea Mayer-Grenu | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Further information:
http://www.uni-stuttgart.de/

More articles from Physics and Astronomy:

nachricht Mars 2020 mission to use smart methods to seek signs of past life
17.08.2017 | Goldschmidt Conference

nachricht Gold shines through properties of nano biosensors
17.08.2017 | American Institute of Physics

All articles from Physics and Astronomy >>>

The most recent press releases about innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Exotic quantum states made from light: Physicists create optical “wells” for a super-photon

Physicists at the University of Bonn have managed to create optical hollows and more complex patterns into which the light of a Bose-Einstein condensate flows. The creation of such highly low-loss structures for light is a prerequisite for complex light circuits, such as for quantum information processing for a new generation of computers. The researchers are now presenting their results in the journal Nature Photonics.

Light particles (photons) occur as tiny, indivisible portions. Many thousands of these light portions can be merged to form a single super-photon if they are...

Im Focus: Circular RNA linked to brain function

For the first time, scientists have shown that circular RNA is linked to brain function. When a RNA molecule called Cdr1as was deleted from the genome of mice, the animals had problems filtering out unnecessary information – like patients suffering from neuropsychiatric disorders.

While hundreds of circular RNAs (circRNAs) are abundant in mammalian brains, one big question has remained unanswered: What are they actually good for? In the...

Im Focus: RAVAN CubeSat measures Earth's outgoing energy

An experimental small satellite has successfully collected and delivered data on a key measurement for predicting changes in Earth's climate.

The Radiometer Assessment using Vertically Aligned Nanotubes (RAVAN) CubeSat was launched into low-Earth orbit on Nov. 11, 2016, in order to test new...

Im Focus: Scientists shine new light on the “other high temperature superconductor”

A study led by scientists of the Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter (MPSD) at the Center for Free-Electron Laser Science in Hamburg presents evidence of the coexistence of superconductivity and “charge-density-waves” in compounds of the poorly-studied family of bismuthates. This observation opens up new perspectives for a deeper understanding of the phenomenon of high-temperature superconductivity, a topic which is at the core of condensed matter research since more than 30 years. The paper by Nicoletti et al has been published in the PNAS.

Since the beginning of the 20th century, superconductivity had been observed in some metals at temperatures only a few degrees above the absolute zero (minus...

All Focus news of the innovation-report >>>

Anzeige

Anzeige

Event News

Call for Papers – ICNFT 2018, 5th International Conference on New Forming Technology

16.08.2017 | Event News

Sustainability is the business model of tomorrow

04.08.2017 | Event News

Clash of Realities 2017: Registration now open. International Conference at TH Köln

26.07.2017 | Event News

 
Latest News

Gold shines through properties of nano biosensors

17.08.2017 | Physics and Astronomy

Greenland ice flow likely to speed up: New data assert glaciers move over sediment, which gets more slippery as it gets wetter

17.08.2017 | Earth Sciences

Mars 2020 mission to use smart methods to seek signs of past life

17.08.2017 | Physics and Astronomy

VideoLinks
B2B-VideoLinks
More VideoLinks >>>