Einstein schlicht ausgebremst: Lichtgeschwindigkeit wird reduziert

Moderne Netzwerkarchitekturen inklusive Fragen des damit verbundenen Energieaufwands standen im Fokus einer Fachtagung über photonische Netze, zu der die Informationstechnische Gesellschaft im VDE (ITG) vom 7. bis 8. Mai 2007 internationale Experten nach Leipzig eingeladen hatte. Anlässlich der Tagung wurden auch die faszinierenden Möglichkeiten diskutiert, die sich durch eine Kontrolle der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts ergeben.

Die heutigen Datennetze bestehen aus Glasfasern zum Transport der Daten und Netzwerkknoten zu ihrer Vermittlung im Netz. Die Vermittlung in den Knoten erfolgt mit Hilfe so genannter Switches und Router. Dabei verdoppelt sich das Datenaufkommen in den Transportnetzen zurzeit jährlich. „Steigt das Datenaufkommen in den Netzen, so steigt auch die Anzahl der Eingangs- und Netzwerkknoten“, gibt Thomas Schneider von der Deutschen Telekom AG zu bedenken. Es sei ein nicht zu unterschätzendes Problem, dass die damit verbundenen physischen Abmessungen der Knoten immer größer werden.

Eine Alternative zu den elektrischen Netzwerkknoten sieht Schneider in den so genannten optischen Puffern. Die einfachste Form eines optischen Netzwerkknotens sei die Verbindung zwischen durchstimmbaren Lasern und dispersiven Elementen, führte Schneider weiter aus. Das Konzept besteht darin, im Puls durch dispersive Elemente wie zum Beispiel Gitter oder Linsen eine frequenzabhangige Phasenverschiebung zu induzieren, dann die Energie linear zu verstärken und anschließend den Puls wieder zu komprimieren.

Bei diesem Verfahren erhält jede Eingangskarte einen in der Wellenlänge veränderbaren Laser, der mit dem Eingang eines diffraktiven Elements verbunden ist. Die Kontrolle der Ausbreitungsgeschwindigkeit von Licht durch Licht sei ein faszinierendes neues Feld der Physik, erklärt Schneider. Damit könnten in photonischen Netzen „Slow und Fast Light“ realisiert werden.

Optische Puffer ermöglichen neue Bauteile

Langsames Licht – das steht nur scheinbar Widerspruch zu den Gesetzen der Physik. Vielmehr verbirgt sich dahinter die Verringerung der Gruppengeschwindigkeit des Lichts in einer Struktur. Dennoch hat das Gebiet der modernen Physik in den letzten Jahren viel Aufsehen erregt.

Für die optische Kommunikationstechnik sind dabei verschiedene Anwendungen denkbar: Durch die Verringerung der Ausbreitungsgeschwindigkeit nimmt die Interaktion zwischen Licht und Material zu, wodurch eine externe Kontrolle erleichtert wird. Eine sehr starke Verzögerung von Lichtimpulsen kann zur optischen Pufferung benutzt werden, wodurch neuartige Bauteile ermöglicht werden. Eine variable Verzögerung kann auch direkt zum Beispiel zur Datensynchronisation benutzt werden. Photonische Kristalle bieten eine gute Möglichkeit, Licht stark zu verlangsamen. „Von besonderem Interesse ist die Anwendung als optischer Puffer in paketvermittelten optischen Netzen“, hebt Schneider hervor.

Künftige Netze müssen den Kriterien der Energieeffizient genügen

Auch der Energieverbrauch künftiger Netze stieß anlässlich der Tagung auf ein hohes Interesse. Fest steht, dass mit der Einführung von „Next Generation Netzplattformen“ und den zugehörigen Diensten die Datenrate in Zugangs- und Backbone-Netzen und die Anforderungen an die hinterlegte IT-Infrastruktur rapide ansteigt. „Im Gegensatz zu den Hardwarekosten und den anderen Betriebskostenarten steigt der Energieverbrauch der Netze technologiebedingt bei prinzipieller Beibehaltung der verwendeten Technik mindestens proportional zum Datendurchsatz des jeweiligen Netzelementes an“, erläutert Mario Braune von der Darmstädter T-Systems Enterprises Services GmbH. Sowohl im leitungsüberwachten Zugangsnetz wie auch in der Mobilinfrastruktur stelle die Implementierung von effizienten Energiemanagementfunktionen auf der Teilnehmerschlussleitung beziehungsweise der Luftschnittstelle den Schlüssel zu einer hohen Energieeffizienz dar.