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 Water without windows: Capturing water vapor inside an electron microscope
13.12.2017 | Okinawa Institute of Science and Technology (OIST) Graduate University

nachricht Columbia engineers create artificial graphene in a nanofabricated semiconductor structure
13.12.2017 | Columbia University School of Engineering and Applied Science

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: Long-lived storage of a photonic qubit for worldwide teleportation

MPQ scientists achieve long storage times for photonic quantum bits which break the lower bound for direct teleportation in a global quantum network.

Concerning the development of quantum memories for the realization of global quantum networks, scientists of the Quantum Dynamics Division led by Professor...

Im Focus: Electromagnetic water cloak eliminates drag and wake

Detailed calculations show water cloaks are feasible with today's technology

Researchers have developed a water cloaking concept based on electromagnetic forces that could eliminate an object's wake, greatly reducing its drag while...

Im Focus: Scientists channel graphene to understand filtration and ion transport into cells

Tiny pores at a cell's entryway act as miniature bouncers, letting in some electrically charged atoms--ions--but blocking others. Operating as exquisitely sensitive filters, these "ion channels" play a critical role in biological functions such as muscle contraction and the firing of brain cells.

To rapidly transport the right ions through the cell membrane, the tiny channels rely on a complex interplay between the ions and surrounding molecules,...

Im Focus: Towards data storage at the single molecule level

The miniaturization of the current technology of storage media is hindered by fundamental limits of quantum mechanics. A new approach consists in using so-called spin-crossover molecules as the smallest possible storage unit. Similar to normal hard drives, these special molecules can save information via their magnetic state. A research team from Kiel University has now managed to successfully place a new class of spin-crossover molecules onto a surface and to improve the molecule’s storage capacity. The storage density of conventional hard drives could therefore theoretically be increased by more than one hundred fold. The study has been published in the scientific journal Nano Letters.

Over the past few years, the building blocks of storage media have gotten ever smaller. But further miniaturization of the current technology is hindered by...

Im Focus: Successful Mechanical Testing of Nanowires

With innovative experiments, researchers at the Helmholtz-Zentrums Geesthacht and the Technical University Hamburg unravel why tiny metallic structures are extremely strong

Light-weight and simultaneously strong – porous metallic nanomaterials promise interesting applications as, for instance, for future aeroplanes with enhanced...

All Focus news of the innovation-report >>>

Anzeige

Anzeige

Event News

See, understand and experience the work of the future

11.12.2017 | Event News

Innovative strategies to tackle parasitic worms

08.12.2017 | Event News

AKL’18: The opportunities and challenges of digitalization in the laser industry

07.12.2017 | Event News

 
Latest News

Protein Structure Could Unlock New Treatments for Cystic Fibrosis

14.12.2017 | Life Sciences

Cardiolinc™: an NPO to personalize treatment for cardiovascular disease patients

14.12.2017 | Life Sciences

ASU scientists develop new, rapid pipeline for antimicrobials

14.12.2017 | Health and Medicine

VideoLinks
B2B-VideoLinks
More VideoLinks >>>