News: Heißes Ziehen
Lichtschnell übertragen Mikrometer dünne Glasfaserkabel tausende von Telefongesprächen, Fernsehsendungen und Internetdaten. Selbst Lichtleiter, die dünner als die Wellenlänge des Lichts sind, können diese Leistung vollbringen - mitunter sogar besser als ihre dicken Kollegen.
© (Ausschnitt)
Ob in Computernetzwerken, in der Telekommunikation oder bei der heimischen Stereoanlage, Lichtleiterkabel finden heutzutage an vielerlei Orten Einsatz und sorgen dafür, dass digitale Daten schnell und annähernd verlustfrei ihr Ziel erreichen. Bislang liegt die Dicke der Glasfasern im Mikrometerbereich, doch das könnte sich in Zukunft ändern.
Denn Limin Tong von der Harvard University hat zusammen mit seinen Kollegen Nanometer dünne Lichtleiter hergestellt, die zudem mit exzellenten Eigenschaften aufwarten können. So sind die Verluste aufgrund einer besonders glatten Oberfläche und einer einheitlichen Zusammensetzung sehr gering – deutlich geringer als bei bisherigen Versuchen, derart dünne Leiter zu schaffen. Zudem sind die Kabel so biegsam wie Nähgarn. Leicht lassen sie sich verknoten und verdrillen, ohne dass das Material brechen oder ein permanenter Knick zurückbleiben würde. Aber wie gelang dem Team um Tong die Fabrikation der Kabel?
Der erste Herstellungsschritt verläuft dabei wie von herkömmlichen Lichtleitern gewohnt: Zunächst werden von einer Flamme erhitzte Siliciumdioxid-Fasern auf eine Dicke von etwa einem Mikrometer gezogen. Das Spiel lässt sich jedoch nicht beliebig fortsetzen. Je dünner die Fasern werden, desto schwieriger ist es, sie in gleichförmiger Dicke zu produzieren. Das Problem: Das Material wird durch die Flamme meist nicht gleichmäßig erhitzt.
Um die Schwierigkeiten zu umgehen, wickelten die Wissenschaftler nun den Mikrometer dünnen Glasfaserstrang um eine konische Saphir-Nadel. Diese erhitzten sie in der Flamme, wobei die Drahtwicklung sich gerade einen halben Millimeter außerhalb der Flamme befand. Da Saphir ein guter thermischer Leiter ist, gab die Nadel die Temperatur an den Siliciumdioxid-Draht weiter, glich jedoch durch ihre thermische Trägheit etwaige Schwankungen der Flammentemperatur aus und sorgte so dafür, dass der Draht gleichmäßig erhitzt wurde.
Der Rest war wieder Routine: Senkrecht zur Nadel musste nur noch mit konstanter Kraft der Lichtleiter in den Länge gezogen werden, bis er die gewünschte Dicke erreichte. 50 Nanometer Durchmesser hatten die dünnsten Drähte, die sich so erzeugen ließen. Obwohl das deutlich weniger als die Wellenlänge sichtbaren Lichts ist, lässt es sich in das Glasfaserkabel einspeisen und leiten. Ein großer Vorteil: Aufgrund der geringen Abmessungen lassen sich etwaige Anwendungen weiter verkleinern – insbesondere das Gebiet der Photonik, das verstärkt auf Licht zur Informationsverarbeitung setzt, könnte von der neuen Errungenschaft profitieren.
Denn Limin Tong von der Harvard University hat zusammen mit seinen Kollegen Nanometer dünne Lichtleiter hergestellt, die zudem mit exzellenten Eigenschaften aufwarten können. So sind die Verluste aufgrund einer besonders glatten Oberfläche und einer einheitlichen Zusammensetzung sehr gering – deutlich geringer als bei bisherigen Versuchen, derart dünne Leiter zu schaffen. Zudem sind die Kabel so biegsam wie Nähgarn. Leicht lassen sie sich verknoten und verdrillen, ohne dass das Material brechen oder ein permanenter Knick zurückbleiben würde. Aber wie gelang dem Team um Tong die Fabrikation der Kabel?
Der erste Herstellungsschritt verläuft dabei wie von herkömmlichen Lichtleitern gewohnt: Zunächst werden von einer Flamme erhitzte Siliciumdioxid-Fasern auf eine Dicke von etwa einem Mikrometer gezogen. Das Spiel lässt sich jedoch nicht beliebig fortsetzen. Je dünner die Fasern werden, desto schwieriger ist es, sie in gleichförmiger Dicke zu produzieren. Das Problem: Das Material wird durch die Flamme meist nicht gleichmäßig erhitzt.
Um die Schwierigkeiten zu umgehen, wickelten die Wissenschaftler nun den Mikrometer dünnen Glasfaserstrang um eine konische Saphir-Nadel. Diese erhitzten sie in der Flamme, wobei die Drahtwicklung sich gerade einen halben Millimeter außerhalb der Flamme befand. Da Saphir ein guter thermischer Leiter ist, gab die Nadel die Temperatur an den Siliciumdioxid-Draht weiter, glich jedoch durch ihre thermische Trägheit etwaige Schwankungen der Flammentemperatur aus und sorgte so dafür, dass der Draht gleichmäßig erhitzt wurde.
Der Rest war wieder Routine: Senkrecht zur Nadel musste nur noch mit konstanter Kraft der Lichtleiter in den Länge gezogen werden, bis er die gewünschte Dicke erreichte. 50 Nanometer Durchmesser hatten die dünnsten Drähte, die sich so erzeugen ließen. Obwohl das deutlich weniger als die Wellenlänge sichtbaren Lichts ist, lässt es sich in das Glasfaserkabel einspeisen und leiten. Ein großer Vorteil: Aufgrund der geringen Abmessungen lassen sich etwaige Anwendungen weiter verkleinern – insbesondere das Gebiet der Photonik, das verstärkt auf Licht zur Informationsverarbeitung setzt, könnte von der neuen Errungenschaft profitieren.
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