Adaptive Optik für optische Unterwasserkommunikation

Herkömmliche Unterwasserkommunikationssysteme, die Daten mit Hilfe von Schallwellen übertragen, bieten niedrige Datenraten (~kbit/s), die nicht ausreichen, um moderne Datenanforderungen zu erfüllen, wie z. B. das Streaming hochauflösender Videos von Unterwasserfahrzeugen. Um höhere Datenraten zu erreichen, können optische Unterwasserkommunikationssysteme eingesetzt werden, die Daten mit sichtbarem Licht übertragen.

Trotz der Verfügbarkeit deutlich höherer Bandbreiten stellt die Unterwasserumgebung eine Herausforderung für die Entwicklung optischer Kommunikationssysteme dar. In sauberem Ozeanwasser ist die Extinktion aufgrund von Absorption und Streuung sehr stark und begrenzt die nützliche Reichweite der Unterwasserkommunikation auf ∼100 m im blau-grünen Spektralfenster. Darüber hinaus stören optische Unterwasserturbulenzen, die auf winzige Unterschiede im Brechungsindex und im Salzgehalt des Wassers zurückzuführen sind, die übertragenen Laserstrahlen und beeinträchtigen so die Zuverlässigkeit der empfangenen Signale. In der Gruppe Adaptive Optik am Fraunhofer IOSB untersuchen wir die Auswirkungen optischer Unterwasserturbulenzen auf das übertragene Laserlicht und versuchen, die Auswirkungen der Turbulenzen mit Hilfe adaptiver Optiksysteme zu kompensieren.

Um die Auswirkungen realer optischer Unterwasserturbulenzen zu untersuchen, hat die Gruppe Adaptive Optik am Fraunhofer IOSB ein Labor für optische Unterwasserkommunikation eingerichtet. Das Labor ist mit einem 500-Liter-Wassertank mit optischen Glasfenstern und einem Temperaturkontrollsystem ausgestattet. Durch die Nutzung des Temperaturkontrollsystems zur Erzeugung eines Temperaturgradienten im Tank können optische Turbulenzen erzeugt und ihre Auswirkungen auf die optische Kommunikation analysiert werden.