Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB 
Die optische Freiraumkommunikation ist ein exzellentes Beispiel für eine Technologie mit militärischer und ziviler Relevanz sowie mit überzeugender wissenschaftlicher Aktualität und guten Marktaussichten. Basierend auf den Erfahrungen der Mitarbeiter des Fraunhofer IOSB auf dem Gebiet der Ausbreitung von Laserstrahlen durch Turbulenzen werden neue laserbasierte Telekommunikationskonzepte entworfen, umgesetzt und gegen atmosphärische Störungen getestet.
Das Laserkommunikationslabor (LCL) am Fraunhofer IOSB in Ettlingen verfügt über zwei Pfade im freien Raum, die entweder von dort ausgehen oder dort enden. Die erste Strecke ist eine 800 m lange Doppelpass-Verbindung zu einem Retroreflektor und zurück zum Empfänger. Über diese Strecke werden seit 2018 Telekommunikationsexperimente durchgeführt. Die Datenraten wurden kontinuierlich erhöht: von 5 Gbit/s im Jahr 2020 auf 10 Gbit/s ab 2023. Zum Vergleich: Das Spitzeninternet, das per Glasfaserkabel an die Haushalte in Deutschland geliefert wird, ist derzeit auf 1 Gbit/s begrenzt.
Einer der Ansätze, den die Mitarbeiter des Fraunhofer IOSB zur Erhöhung der Datenraten nutzen, ist die sogenannte kohärente Modulation. Traditionell wird dabei nur die Intensität des Lasers moduliert. Das ist das sogenannte On/Off-Keying. Bei dem von uns verfolgten Ansatz wird das gesamte optische Feld, also die Amplitude und die Phase des Sendesignals, unabhängig voneinander moduliert. Dadurch können mit einem einzigen Laser-"Puls" mehrere Bits auf einmal gesendet werden. Derzeit werden mit dieser Technik 4 Bits pro Symbol übertragen. Mit Polarisationsdiversität könnte ein zusätzlicher Datenkanal eröffnet werden, der die Datenrate um den Faktor zwei erhöht.
Gleichzeitig wird daran geforscht, die Auswirkungen der atmosphärischen Turbulenzen auf die Qualität der übertragenen Daten abzuschwächen. Mit den im LCL implementierten Techniken haben wir eine fehlerfreie Übertragung in über 95 % der Zeit erreicht. Ziel ist es, diesen Prozentsatz in den kommenden Jahren auf 99 % zu erhöhen, um die Anforderungen der Industrie zu erfüllen.
Bei der zweiten Verbindung, die schließlich in Betrieb genommen werden soll, handelt es sich um eine 7,2 km lange Laserausbreitungsstrecke in einem Durchgang. Die Strecke verbindet zwei Gebäude: Der Sender befindet sich auf dem Dach des Instituts für Regelungstechnik des Karlsruher Instituts für Technologie und der Empfänger im Laserkommunikationslabor in Ettlingen. Bei der Verbindung handelt es sich um eine ortsfeste Einrichtung, die der Erforschung der Auswirkungen atmosphärischer Turbulenzen auf die Ausbreitung von Gauß- und anderen Laserstrahlen dient.