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Glasfaser: Die Suche nach dem schnelleren Licht
Glasfaser ist längst die Basis des modernen Internets, doch die Forschung ist weit davon entfernt, am Ziel zu sein. Statt nur schnellere Anschlüsse zu versprechen, arbeiten Institute und Hersteller an Fasern, die mehr Daten, geringere Latenzen und weniger Energiebedarf ermöglichen.
Die klassische Singlemode-Faser ist eine Erfolgsgeschichte. Ein dünner Glaskern führt Licht über viele Kilometer, mehrere Wellenlängen teilen sich eine Leitung, Verstärker frischen die Signale unterwegs auf. Für Haushalte klingt das nach Zukunft genug, im Backbone, zwischen Rechenzentren und bei KI-Clustern wird es jedoch eng. Dort zählt nicht nur, wie viele Gigabit beim Endkunden ankommen, sondern wie viele Terabit oder Petabit sich über eine einzelne Faser, ein Kabelbündel oder eine Langstrecke transportieren lassen.
Genau deshalb geht es in der Forschung nicht um die eine Technik. Es gibt mehrere Baustellen gleichzeitig: mehr Wellenlängen pro Faser, mehr räumliche Kanäle, neue Glasgeometrien, Hohlkernfasern, sparsamere Verstärker und bessere Signalverarbeitung. Die Rekordmeldungen klingen dabei oft spektakulär, sind aber nur mit Kontext sinnvoll. Eine Laborfaser mit vielen Petabit pro Sekunde ist etwas anderes als ein praxistauglicher Feldversuch über Hunderte Kilometer.
Der naheliegende Weg zu mehr Kapazität ist Wellenlängenmultiplexing, kurz WDM. Dabei werden viele Lichtfarben (das heißt Wellenlängenbereiche) parallel durch dieselbe Faser geschickt. Kommerzielle Langstreckennetze arbeiten vor allem im C- und L-Band (nahes Infrarot). Die Forschung versucht, weitere Spektralbereiche nutzbar zu machen, etwa O-, E-, S- oder U-Band. Das klingt wie eine reine Fleißaufgabe, ist aber technisch anspruchsvoll, weil jede Wellenlänge andere Dämpfung, Verzerrung und Verstärkung mitbringt.
Ein aktueller Rekord in einer kommerziell verfügbaren, standardkonformen Glasfaser liegt bei 430 Terabit pro Sekunde über 10 Kilometer. Er wurde nicht durch eine komplett exotische Faser erreicht, sondern durch die geschickte Nutzung zusätzlicher Modi im O-Band und klassischer Singlemode-Übertragung in anderen Bändern. Der Punkt ist wichtig: Nicht jede Zukunftstechnologie verlangt sofort neue Tiefbauprojekte. Ein Teil der Forschung versucht, vorhandene Faserklassen mit neuer Übertragungstechnik weiter auszureizen.
Der zweite große Trend ist Space Division Multiplexing. Statt nur einen lichtführenden Bereich in der Glasfaser zu nutzen, werden mehrere solcher Bereiche in dieselbe Faser gepackt. Man kann sich das grob wie ein Kabel vorstellen, in dem nicht nur eine, sondern mehrere dünne Leitungen nebeneinander verlaufen. Jeder dieser Kerne kann eigene Lichtsignale transportieren. Alternativ lassen sich auch verschiedene Ausbreitungswege des Lichts innerhalb eines Kerns nutzen. Mehrkernfasern sind besonders spannend, wenn sie beim Außendurchmesser nahe am etablierten 125-Mikrometer-Standard bleiben. Dann lassen sie sich leichter in bestehende Kabel- und Verbindungstechnik integrieren.
Die Rekorde zeigen, was möglich ist. In einem Experiment wurden 22,9 Petabit pro Sekunde über eine einzelne Faser demonstriert. Dafür kombinierten die Forscher mehrere Wellenlängenbänder mit räumlicher Multiplextechnik und aufwendiger MIMO-Signalverarbeitung. Für den Alltag ist das noch kein reifes Produkt, aber es zeigt die Richtung: Künftige Netze könnten nicht nur mehr Lichtfarben nutzen, sondern auch mehrere räumliche Kanäle nebeneinander.
Der auffälligste Forschungszweig sind derzeit Hohlkernfasern. Hier läuft das Licht nicht mehr überwiegend durch massives Glas, sondern durch einen luftgefüllten Kern. Glasstrukturen rundherum halten das Licht auf Kurs. Der Vorteil ist physikalisch schnell erklärt: Licht bewegt sich in Luft schneller als in Glas. Die Laufzeit sinkt, und zugleich werden einige nichtlineare Effekte schwächer, die klassische Glasfasern bei hoher Leistung begrenzen.
Für Rechenzentren, Finanznetze und Co. kann das wichtiger sein als „ein paar“ mehr Gigabit. Microsoft bes