Optische Fasern und Glasfasernetze, die das Rückgrat vieler Formen der Kommunikation und Informationsübertragung darstellen, spielen in unserer modernen Gesellschaft eine unverzichtbare Rolle. Auch auf dem wachsenden Gebiet der Quantenkommunikation, die fortschrittliche Sicherheit bietet, dienen Fasern als Autobahnen für Lichtquanten. In vielen Anwendungen sind polarisationserhaltende Fasern von größter Bedeutung, die die Polarisation des eingekoppelten Lichts während der geführten Ausbreitung erhalten. Herkömmliche Fasern, die die Polarisation erhalten, tun dies in der Regel nur für lineare Polarisationszustände, bei denen die Polarisationsachse mit den Symmetrieachsen der Faser selbst ausgerichtet ist, was frappierende Nachteile mit sich bringt.
Eine internationale Zusammenarbeit von Forschungsgruppen aus Österreich, Deutschland, Spanien, Pakistan und Russland hat nun gezeigt, dass ein spezieller Fasertyp, eine verdrillte (twisted) photonische Kristallfaser (PCF) – also hohle Luftkanäle, die sich um einen zentralen glasartigen Leiter winden – verschiedene Vorteile gegenüber herkömmlichen polarisationserhaltenden Fasern haben kann.
Aufgrund ihrer Verdrillung erhalten die in diesem Artikel untersuchten speziellen PCFs die zirkulare und nicht die lineare Polarisation. Wenn lineare Polarisation in solche Fasern eingekoppelt wird, bleibt also das Licht linear polarisiert, wobei die Polarisation nur gedreht, nicht aber in eine elliptische oder zirkulare Polarisation umgewandelt wird. Was sich wie eine Kuriosität anhört, ist eine einfache Folge der Fasergeometrie und hat mehrere vorteilhafte Konsequenzen. Zum Beispiel ist die Messung in der linearen Polarisationsbasis experimentell einfacher und weniger anfällig für die Einführung zusätzlichen Rauschens. Daher erleichtern diese speziellen Fasern die Charakterisierung der übertragenen (Quanten-)Information in der Polarisationsbasis und sie bieten auch Vorteile auf der Seite des Senders, z. B. durch ihre Rotationssymmetrie, die die Anforderungen an konventionelle polarisationserhaltende Fasern in Bezug auf die Polarisationsausrichtung aufhebt. Außerdem arbeiten die speziellen Fasern in einem breiten Spektralbereich. Das vorgestellte System wird effizientere Messungen von Quantenzuständen in der optischen Kommunikation und anderen Bereichen ermöglichen.
Diese Arbeit ist Teil der QuNET-Initiative, einem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekt, das die Entwicklung hochsicherer Kommunikationssysteme auf der Grundlage modernster Quantentechnologien zum Ziel hat.
Link zur Veröffentlichung: https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.19.054080
Kontakt: Peter Banzer, peter.banzer(at)uni-graz.at
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