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 A tale of two pulsars' tails: Plumes offer geometry lessons to astronomers
18.01.2017 | Penn State

nachricht Studying fundamental particles in materials
17.01.2017 | Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie

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: How gut bacteria can make us ill

HZI researchers decipher infection mechanisms of Yersinia and immune responses of the host

Yersiniae cause severe intestinal infections. Studies using Yersinia pseudotuberculosis as a model organism aim to elucidate the infection mechanisms of these...

Im Focus: Interfacial Superconductivity: Magnetic and superconducting order revealed simultaneously

Researchers from the University of Hamburg in Germany, in collaboration with colleagues from the University of Aarhus in Denmark, have synthesized a new superconducting material by growing a few layers of an antiferromagnetic transition-metal chalcogenide on a bismuth-based topological insulator, both being non-superconducting materials.

While superconductivity and magnetism are generally believed to be mutually exclusive, surprisingly, in this new material, superconducting correlations...

Im Focus: Studying fundamental particles in materials

Laser-driving of semimetals allows creating novel quasiparticle states within condensed matter systems and switching between different states on ultrafast time scales

Studying properties of fundamental particles in condensed matter systems is a promising approach to quantum field theory. Quasiparticles offer the opportunity...

Im Focus: Designing Architecture with Solar Building Envelopes

Among the general public, solar thermal energy is currently associated with dark blue, rectangular collectors on building roofs. Technologies are needed for aesthetically high quality architecture which offer the architect more room for manoeuvre when it comes to low- and plus-energy buildings. With the “ArKol” project, researchers at Fraunhofer ISE together with partners are currently developing two façade collectors for solar thermal energy generation, which permit a high degree of design flexibility: a strip collector for opaque façade sections and a solar thermal blind for transparent sections. The current state of the two developments will be presented at the BAU 2017 trade fair.

As part of the “ArKol – development of architecturally highly integrated façade collectors with heat pipes” project, Fraunhofer ISE together with its partners...

Im Focus: How to inflate a hardened concrete shell with a weight of 80 t

At TU Wien, an alternative for resource intensive formwork for the construction of concrete domes was developed. It is now used in a test dome for the Austrian Federal Railways Infrastructure (ÖBB Infrastruktur).

Concrete shells are efficient structures, but not very resource efficient. The formwork for the construction of concrete domes alone requires a high amount of...

All Focus news of the innovation-report >>>

Anzeige

Anzeige

Event News

12V, 48V, high-voltage – trends in E/E automotive architecture

10.01.2017 | Event News

2nd Conference on Non-Textual Information on 10 and 11 May 2017 in Hannover

09.01.2017 | Event News

Nothing will happen without batteries making it happen!

05.01.2017 | Event News

 
Latest News

A big nano boost for solar cells

18.01.2017 | Power and Electrical Engineering

Glass's off-kilter harmonies

18.01.2017 | Materials Sciences

Toward a 'smart' patch that automatically delivers insulin when needed

18.01.2017 | Life Sciences

VideoLinks
B2B-VideoLinks
More VideoLinks >>>