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Lumineszenz-Detektor mit großer Fläche soll mehrere Gbit/s erreichen können

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facebook lumineszenz detektor logoFacebook ist eine treibende Kraft wenn es darum geht neue Technologien zu entwickeln, die dabei helfen sollen ein Netzwerk oder besser das Internet in jede Ecke dieses Planeten zu bringen. Mit Terragraph und Project ARIES sind zwei dieser Technologien bereits im April vorgestellt worden und sollen dafür sorgen, dass eine Versorgung im Nahbereich sichergestellt werden kann. Autonome Drohnen sollen dabei helfen eine Infrastruktur in Gegenden zu bringen, wo keine Glasfaser- oder Kupferkabel liegen – Aquila soll dabei in Höhen von 18 bis 27 km fliegen und 90 Tage am Stück im Einsatz sein.

Doch auch an solche autonome Drohnen oder Funkstellen mit Terragraph und ARIES muss die Anbindung zum Netzwerk bzw. Internet erst einmal gebracht werden und hierzu hat Facebook die Entwicklung eines Lumineszenz-Detektors unterstützt, der höhere Bandbreiten ermöglichen soll, als dies bei bisherigen Laser-Übertragungstechnologien bisher der Fall war. Die Entwicklung von schnellen Fotodioden ist hier entscheidend und die Lumineszenz-Detektoren sollen dabei einen großen Schritt in der Entwicklung darstellen.

Flacher Lumineszenz-Detektor mit einer Oberfläche von 126 cm²
Flacher Lumineszenz-Detektor mit einer Oberfläche von 126 cm²

Das Medium Licht wird zukünftig ein Standard bei der Übertragung sein – auch für solche, die nicht in einem Lichtwellenleiter durchgeführt werden. Dazu müssen wie gesagt die Detektoren verbessert werden und hier wollen Forscher einen großen Schritt gemacht haben. Dazu wurde die Detektionsfläche auf 126 cm² vergrößert und eine Datenrate von 2,1 GBit/s erreicht.

Dazu wurde ein besagter Lumineszenz-Detektor verwendet, der in einer Art Elipse aufgespannt wird und einen vertikalen Durchmesser von 86 mm aufzuweisen hat. Die Übertragungsintensität betrug im Test 0,9 mW/cm², was noch unterhalb der Grenze für Schäden am menschlichen Auge liegt und damit weitestgehend ungefährlich ist. Dabei wurde natürlich nicht nur eine Wellenlänge, sondern mehrere verwendet, die im Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) angewendet wurden. Insgesamt wurden 102 Subchannels mit jeweils 3,9 MHz verwendet, die eine totale Bandbreite von 400 MHz aufzuweisen hatten. Letztendlich wurde eine Bandbreite von 2,109 GBit/s erreicht, mit Optimierungen des Beams sowie Veränderungen der Form des Sensors waren es sogar 2,357 GBit/s.

Aufbau eines Lumineszenz-Detektor in elliptischer Form
Aufbau eines Lumineszenz-Detektor in elliptischer Form

Ein Vorteil eines runden bzw. elliptischen Detektors ist vor allem, dass die Richtung der Detektion nicht extrem eng eingestellt werden muss. Der Detektor ist in der Lage aus vielen Richtungen die Datensignale zu erkennen – am effektivsten aber seitlich auf den Detektor. Warum ein lumineszenz-Detektor eingesetzt wird, erklärt sich wie folgt: Die verwendeten Fasern sind darauf ausgelegt blaues Licht zu detektieren, die Übertragung erfolgt daher auch in solchen Wellenlängen. Ein Farbstoff in den Fasern wandelt das blaue Licht in grünes Licht, welches wiederum von Fotodioden detektiert wird.

Auch die Größe des Detektors spielt eine Rolle, da Laser auf lange Strecken eine immer größere Streuung aufweisen. Diese Streuung wird durch die größere Sensorfläche in einem gewissen Rahmen kompensiert. Die Fehlerquote ist deutlich geringer und damit die effektive Datenrate höher. Nun könnte man die Fotodioden einfach größer machen, diese werden aber mit zunehmender Größe langsamer, was hohe Datenraten wieder verhindert. Ein Lumineszenz-Detektor dient daher als Schnittstelle zwischen dem Laserlicht und der Fotodiode.

Das Connectivity Lab von Facebook arbeitet wohl bereits an einer Umsetzung der Technik. Dies ist auch schon bei Terragraph und Project ARIES der Fall. Letztendlich werden alle diese Technologien in gewisser Weise zusammen verwendet werden. Lumineszenz-Detektoren dienen zur Übertragung über eine große Distanz, während Terragraph und ARIES auf kurze Distanz funktionieren.

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Kommentare (6)

#1
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Registriert seit: 31.01.2006
Jena / Thüringen
Moderator
HWLUXX OC-Team
TeamMUTTI
Beiträge: 12211
Cool... quasi ein Fangnetz für Licht :)
#2
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Registriert seit: 30.11.2013

Bootsmann
Beiträge: 719
Sieht dem menschlichen Auge von der Form doch recht ähnlich. Na schau an^^
#3
Registriert seit: 17.06.2010

Oberstabsgefreiter
Beiträge: 446
Der optische Richtfunk hat ein enormes Potenzial für hohe Datenübertragungsraten über weite Entfernungen im freien Raum- ob im Weltraum oder auf der Erde. Die Entwicklung großflächiger optischer Empfänger ist hier ein wichtiger Entwicklungsschritt.
#4
Registriert seit: 17.06.2009

Kapitänleutnant
Beiträge: 1673
Nebel, Wolken, starker Regen oder Schneefall unterbrechen die Verbindung vermutlich. Oder gibt es dazu Lösungen?
#5
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Registriert seit: 06.02.2014
Im sonnigen Süden
Admiral
Beiträge: 12405
Zitat awehring;24772755
Nebel, Wolken, starker Regen oder Schneefall unterbrechen die Verbindung vermutlich. Oder gibt es dazu Lösungen?

Über der Wolkengrenze fligen und das Signal von Sateliten aus abschicken!
#6
Registriert seit: 17.06.2010

Oberstabsgefreiter
Beiträge: 446
Zitat awehring;24772755
Nebel, Wolken, starker Regen oder Schneefall unterbrechen die Verbindung vermutlich. Oder gibt es dazu Lösungen?


Dafür gibt es natürlich einige Lösungen aber keine wirklich guten.

Bei der Kommunikation im Weltraum tritt dieses Problem nicht auf, da kann maximal ein Himmelskörper im Weg sein was man dadurch umgehen kann das man das Signal über einen dritten Punkt umleitet.

Bei der Kommunikation einer Weltraumplattform mit dem Boden kann man die Problematik umgehen indem man mehrere Bodenstationen an unterschiedlichen Orten mit möglichst trockenem Wetter verwendet. Die Wahrscheinlichkeit das das Wetter bei allen gleichzeitig schlecht ist ist gering.

Bei der Kommunikation zwischen Stationen auf dem Boden oder in der Atmosphäre kann man die Verbindung robuster machen indem man die Entfernung begrenzt über die gesendet wird oder indem man die Sendeleistung erhöht. Beides hat natürlich seine Grenzen und ist nicht sehr elegant. Man kann auch eine parallele (Richt-) Funkverbindung als Redundanz einsetzen die zwar langsamer aber wetterunabhängig ist. Flugkörper können auch wie schon angedeutet oberhalb der Tropopause fliegen- also oberhalb der maximalen Höhe der Wolkendecke in ~10-15km Höhe. Das hilft aber natürlich nicht bei der Kommunikation mit dem Boden wenn eine Wolkendecke dazwischen ist. Kleinere Wolken können eventuell auch schlicht umflogen werden.
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