Durchsichtiger Wassertank im Labor mit Schläuchen und Gerätschaften

[Interview] Neues Unterwasser-Turbulenzlabor in Ettlingen

Eins der Forschungsthemen der Abteilung Signatorik (SIG) in Ettlingen ist die optische Freiraumkommunikation, also die Datenübertragung per Licht ganz ohne Glasfaserkabel. Darum geht es auch bei einer vor wenigen Monaten in Betrieb genommenen Unterwasser-Messstrecke. Drei Fragen an Dr. Szymon Gladysz, Leiter der Gruppe Adaptive Optik.


Herr Gladysz, Ihre Gruppe betreibt neuerdings einen 500-Liter-Wassertank – was hat es damit auf sich?

Unsere Gruppe erforscht die Möglichkeiten der Kommunikation mittels Laser im freien Raum. Normalerweise nutzt man Funkwellen als Träger – Informationen stattdessen dem Licht aufzumodulieren, kann aber Vorteile haben. Das gilt auch unter Wasser. Hier scheidet Funk ohnehin aus, weil die Wellen vom Wasser stark absorbiert werden und die Anforderungen an die Antennengröße für viele Anwendungen prohibitiv sind. Für die Kommunikation mit bemannten oder unbemannten U-Booten nutzt man bis dato Sonar, also akustische Wellen. Das ermöglicht zwar hohe Reichweiten, aber nur sehr geringe Datenraten. Bei Laserlicht wäre das umgekehrt, was es zur interessanten Komplementärtechnologie machen könnte. Das Problem: Strömungen im Wasser, besonders Turbulenzen, können den Laserstrahl ablenken und auffächern und erschweren so die Datenübertragung. Das wollen wir genau untersuchen, um zu klären, wie aussichtsreich eine Laserkommunikation zwischen U-Booten im Meer wirklich ist.

Wo liegen die Herausforderungen?

Die wissenschaftliche Fragestellung lautet: Wie gut lassen sich die Störungen durch Turbulenzen mithilfe adaptiver Optik ausgleichen, und welche Übertragungsraten bzw. welches Signal-Rausch-Verhältnis werden somit möglich? Mit adaptiver Optik kennen wir uns aus, aber die praktische Herausforderung bestand zunächst darin, eine geeignete Messstrecke aufzubauen. In realen Gewässern zu messen, bedeutet viel zu hohen Aufwand und unkontrollierbare Randbedingungen, also brauchten wir eine labortaugliche Lösung. Da mussten wir Lehrgeld zahlen: Wir starteten mit einem Aquarium aus dem Baumarkt, das undicht wurde und das Labor unter Wasser setzte.

Danach ging es besser weiter?

Ja, inzwischen haben wir einen stabilen Tank. Er ist nur 1,5 Meter lang, aber indem wir das Licht mittels Spiegeln vielfach hin- und herschicken, ist die Messstrecke ausreichend lang. Eine Wärme- und eine Kältemaschine erzeugen einen konstanten Temperaturgradienten innerhalb des Tanks und damit dosierbare Turbulenzen. Wir sind stolz, dass wir das mit einem fünfstelligen Betrag hinbekommen haben. Europaweit sind wir damit einzigartig aufgestellt. Und für
das erste Paper, das hier entstanden ist – es ging um die Charakterisierung der Turbulenzen – hat unser Masterand gleich einen Best Paper Award gewonnen.

Dieses Interview ist zuerst im Newsletter InfOSB, Ausgabe 1/2020, erschienen.

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