Techniklexikon

Lichtnachrichtenübertragung

Optik, optische Nachrichtenübertragung, Übertragen von Informationen mittels elektromagnetischer Wellen des optischen Spektralbereichs (Wellenlänge etwa 0,33-33 mm, Frequenz etwa 10¹⁵-10¹³ Hz). Durch die Lichtnachrichtenübertragung wird der Frequenzbereich gegenüber herkömmlichen Techniken um einen Faktor 10⁵ erweitert. Wie bei anderen nachrichtentechnischen Verfahren werden die zu übertragenden Informationen einer Trägerwelle als Modulation aufgeprägt. Für die Lichtnachrichtenübertragung benötigt man einen Generator (Lichtquelle), einen Modulator, ein Übertragungsmedium, einen Empfänger und einen Demodulator.

Das System wird im wesentlichen durch das Übertragungsmedium bestimmt. Bei der atmosphärischen Übertragung müssen verschiedene Verlustfaktoren betrachtet werden, zum einen die geometrischen Verluste aufgrund der Strahldiverganz (Beugungsverluste), zum anderen atmosphärische Verluste durch Absorption, Streuung und Brechung. Im optischen Spektralbereich absorbieren in der Atmosphäre vor allem Wasserdampf, Kohlendioxid und Ozon in jeweils charakteristischen Absorptionsbanden (siehe Abb.). Streuung erfolgt an Molekülen (Rayleigh-Streuung) und Aerosolen (Mie-Streuung), Brechung vor allem an Luft-Turbulenzen durch Mischung von Kalt- und Warmluft. Abhängig von atmosphärischen Bedingungen eignen sich Wellenlängen um 10 mm am besten. Aufgrund der Schwankungsbreite der Bedingungen wird die freie atmosphärische Übertragung meist nur über kurze Entfernungen eingesetzt.Lichtwellenleiter werden mit gut reproduzierbaren Eigenschaften bezüglich Signal-Dämpfung und Materialbeschaffenheit hergestellt und deshalb als Übertragungsmedium bevorzugt. Glasfaserverstärker ermöglichen die Übertragung über nahezu beliebig grosse terrestrische Entfernungen.

Als Lichtquelle werden heute meist Laser eingesetzt. Für die freie atmosphärische Übertragung verwendet man Kohlendioxid-Laser wegen ihrer Emission im atmosphärischen Fenster bei 10,6 mm oder Nd:YAG-Laser (l = 1,064 mm) wegen ihrer hohen Effizienz und Zuverlässigkeit für die Übertragung zwischen Erdboden und Satelliten. In Lichtleitersystemen kommen meist Laser mit kleinerem Strahlquerschnitt und geringeren Leistungen (bis 1 mW) zum Einsatz, hauptsächlich Diodenlaser.

Die Empfänger werden bei der Lichtnachrichtenübertragung meist auch als Demodulatoren eingesetzt. Sie müssen daher eine hohe Zeitauflösung bei gleichzeitiger Lichtempfindlichkeit und geringem Rauschen besitzen. Bei atmosphärischer Übertragung verwendet man meist Photomultiplier oder gekühlte HgCdTe- bzw. Ge:Au-Halbleiterzähler. Zusammen mit Lichtwellenleitern kommen kompaktere Systeme zum Einsatz, die wegen der meist schlechteren Zugänglichkeit auch längere Lebensdauern und Wartungsintervalle aufweisen müssen.

Lichtnachrichtenübertragung: Durchlässigkeit der Atmosphäre nach einer 5 km-Strecke (Sichtweite 25 km) in Abhängigkeit von der Wellenlänge.