Soliton Molecules as Information Carriers

• Antragsteller: Professor Dr. Fedor Mitschke
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2013
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 132586806

Datenübertragung über Glasfasern ist außerordentlich erfolgreich, erreicht aber jetzt den¬noch ihre natürlichen Kapazitätsgrenzen. Um mit dem wachsenden Bedarf Schritt zu halten, ist gegenwärtig nichtbinäre Kodierung ein brandaktuelles Thema. Der hier vorgeschlagene Weg weicht vom Üblichen ab, indem er von vornherein die Nichtlinearität der Glasfaser einbezieht und sich auf Solitonen stützt. Solitonen sind (in diesem Zusammenhang) spezielle Lichtpulse, die gerade aufgrund der natürlichen optischen Nichtlinearität der Faser auch in Anwesenheit von Störungen formstabil sind. Solitonengestützte Datenübertragung, vor 40 Jahren vorgeschlagen, trat vor 10 Jahren in den kommerziellen Dienst. Um nun das Solitonenkonzept auf nichtbinäre Kodierung zu erweitern, schlagen wir Solitonenmoleküle vor. Dabei handelt es sich um gebundene Zustände von Solitonen.Vor Beginn des Projekts war nur ein sehr kleines Molekül ein Pulspaar nachgewiesen worden (durch den Antragsteller); schon die Existenz größerer Moleküle war unsicher. Deren Parameter zu finden ist analytisch einstweilen hoffnungslos und numerisch mühsam bis zur praktischen Unmög¬lichkeit. Daher haben wir für die erste Förderperiode eine neuartige Suchstrategie vorgestellt, bei der sozusagen die Faser selbst Pulsformen findet, die zu stabilen Anordnungen gehören. Eine Puls¬gruppe mit einer anfänglich erratenen Form wird mit einem Pulsformer präpariert und durch eine Faser geschickt. Am Faserende wird festgestellt, wie die Form sich verändert hat; daraus werden Modifikation der anfänglichen Form ermittelt, bis die Formänderung minimal wird. Dabei wird zur Optimierung ein genetischer Algorithmus eingesetzt.Das Projekt verlief sehr erfolgreich. Die Suchstrategie wurde getestet und anhand bekannter Fälle validiert; das Konvergenzverhalten wurde charakterisiert. Gegenwärtig wird ein Molekül aus 3 Pulsen untersucht; im Erfolgsfall können wir beanspruchen, eine Codierung mit 2 Bit pro Zeittakt gezeigt zu haben ein sehr wichtiger Meilenstein.Einerseits wollen wir noch größere Moleküle identifizieren. Andererseits sind in der ersten Projekt¬phase Fragen aufgetaucht, diese geklärt sein müssen, wenn unser Verfahren auch nur in die Nähe einer Anwendung gebracht werden soll: Auswirkung von Verstärkung: Sie ist in Langstreckenfasern erforderlich, um Verluste zu kompensieren, führt aber auch zu neuen Erscheinungen wie Rauschen aufgrund verstärkter Spontanemission. Dieses Rauschen, so weiß man, beeinflusst die Phase von Solitonen und führt zu Störungen, die die maximale Reichweite von Glasfaserstrecken be¬gren¬zen; ist das bei Solitonenmolekülen ähnlich? Auswirkung von Kollisionen zwischen Solitonenmolekülen: Kollisionen treten unweiger¬lich auf, sobald man mehrere Wellenlängenkanäle nutzt, um die von der Faser zur Verfügung gestellte Bandbreite auch nur annähernd auszugeschöpfen. Solitonen haben die Eigenschaft, Kollisionen unbeschadet zu überstehen; ist das auch bei Solitonenmolekülen so?

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen