Optisches WLAN: Lampen mit Nanodraht-LEDs bringen Internet mit Lichtgeschwindigkeit

Seit einigen Jahren arbeiten Forscher des Fraunhofer Instituts bereits an einer neuen WLAN-Technologie, welche die Datenübertragung mit Lichtgeschwindigkeit ermöglicht und in konventionellen Leuchtmitteln verbaut werden kann. Was bereits durch Glasfaserkabel zum Einsatz kommt, nämlich die Übertragung von Daten durch Licht, könnte in Zukunft auch in den heimischen Wohnzimmern, auf Messeständen oder in Unternehmen genutzt werden. Auch der Forscher und Experte für Halbleitertechnik, Franz-Josef Tegude von der Universität Duisburg-Essen, arbeitet mit seinem Team an fortschrittlichen Leuchtdioden aus Nanodrähten. Schon bald könnten unsere Lampen im Wohnzimmer nicht nur Licht bringen, sondern auch super schnelles Internet. Alles aus einer Fassung.

Lampen der Zukunft bringen auch kabelloses Internet

Datenpakete per Lichtsignal zu versenden ist nicht neu. Problematisch war jedoch bisher, dass das auf Infrarot-Wellen basierende Signal, das in Glasfaserleitungen den Transport der Daten gewährleistet, kein sichtbares Licht darstellt. Um das Internet aus der Glühbirne zu realisieren müssen die Lichtsignale binnen Milliardstel Sekunden an- und ausgeschaltet werden. Nur so kommt es zu einer erfolgsversprechenden Codierung. Bisherige LEDs sind jedoch nicht in der Lage derartig schnell zu schalten. Dafür hat Franz-Josef Tegude spezielle Nanodraht-LEDs entwickelt, die entsprechend schnelle Schaltfrequenzen unterstützen und zudem auch noch hell genug leuchten um einen Raum mit sichtbarem Licht zu versorgen. Die neuen LEDs unterscheiden sich vom Aufbau her maßgeblich von konventionellen Leuchtdioden. Dabei ist die LED selbst nicht mehr entlang des Drahts aufgebaut, sondern schichtweise von innen nach außen verlaufend.

Was relativ einfach klingt ist das Resultat jahrelanger Arbeit, die sich am Ende jedenfalls lohnen dürfte. Das Anwendungsspektrum ist dabei vielfältiger Natur. So geht der Forscher davon aus, dass die Technologie, also beispielsweise in der Form WLAN-bringender Lampen, innerhalb der nächsten fünf Jahre auf den Markt kommen werde.

Und so funktionierts

Die Informationen, also das Internet, wird aufgrund der schnellen Lichtbewegungen bitweise übertragen. Das erfolgt nach dem bekannten Binärcode-Prinzip 0 und 1. Hierfür muss die leistungsstarke LED beziehungsweise die aus mehreren LEDs bestehnde Lampe mit einem Modulator verbunden werden. Der Modulator selbst erhält die Datenströme klassisch über Kabel. Um das gesendete Signal empfangen zu können, wird beispielsweise am Notebook oder am PC ein Empfänger benötigt. Dieser tritt in der Gestalt einer Fotodiode auf. Die Fotodiode wiederum ist in der Lage das Lichtsignal in elektrische Impulse zu übersetzen, die der Computer beziehunsweise das Arbeitsgerät entsprechend lesen kann.

Zukünftige Anwendungsgebiete

Welche Vorteile aber versprechen die neuen Lampen? Nun zum einen ist die LED nach wie vor ein Leuchtmittel, dass uns in Zukunft noch begleiten wird. Die kleinen Leuchtdioden verbrauchen nur wenig Energie und sind zu Zeiten der Energiewende ein unverzichtbares Gut. Zum anderen ist die Herstellung der LEDs recht günstig, was sich wieder auch positiv für den Verbraucher auszahlt. Konkrete Vorteile bringen die WLAN-Lampen unter anderem im Hinblick auf die Sicherheit der Daten. Schließlich kann das WLAN aus der Deckenlampe nur sehr schwer bis garnicht von außen angezapft werden. Das ist jedoch gleichzeitig aber auch mit Einschränkungen verbunden, denn die Übertragung an den jeweiligen Empfänger funktioniert nur bei unmittelbarem „Sichtkontakt“. Im Weg befindliche Gegenstände und auch die Zimmerwände schirmen das WLAN ab. Im Gegensatz zu modernen Routern ist die Reichweite also sehr beschränkt. Allerdings gilt es auch festzuhalten, dass das WLAN aus der Deckenlampe keine streuenden Funksignale absetzt. Somit ist die Technik auch überall da einsetzbar, wo Funkwellen unerwünscht sind, etwa in Flugzeugen oder Krankenhäusern. Ein weiterer Anwendungsbereich wären auch Messen. Jeder Messestand könnte eine eigene WLAN-Lampe und somit eigenes Internet erhalten. Zuletzt könnte die Technologie auch als optische Fasern aus Plastik eingesetzt werden. Ein Ersatz also der herkömmlichen Glasfaserkabel mit dem Vorteil, dass das neue Material geknickt werden kann und sich folglich wesentlich besser verlegen ließe. Franz-Josef Tegude betont, dass vor allem die Nanodraht-LEDs sich unkompliziert mit den Plastik-Fasern verbinden lassen.

Technologie muss noch weiterentwickelt werden

Bis zur Marktreife werden jedoch noch ein paar Jahre vergehen. Die Forscher arbeiten unter anderem auch an alltagstauglichen Empfängern, die das Lichtsignal auch entsprechend lesen können. Bisher ist die Empfängerdiode, die am Computer beispielsweise installiert werden muss, noch so groß wie ein DIN A4 Blatt.Das soll in Zukunft wesentlich kompakter ausfallen.

Die Entwicklungen im Bereich der Visual Light Communication sind ein sehr spannendes Themenfeld, welches wir weiterhin beobachten werden. Das binnen Milliardstel Sekunden „flackernde“ Licht bewegt sich übirgens in einem Bereich, den das menschliche Auge nicht wahrnehmen kann. Von den An- und Ausschaltprozessen bekommen wir also nichts mit.

Quellen: Deutschlandfunk; Fraunhofer