Dass Licht beim Foto­gra­fie­ren das A und O ist, ist eine Bin­sen­weis­heit. Ab jetzt gilt das noch mehr: For­scher des KIT (Karls­ru­her Insti­tut für Tech­no­lo­gie) steu­ern und spei­sen Kame­ras mit Hilfe des Lichts:

Pres­se­mel­dung vom Karls­ru­her Insti­tut für Tech­no­lo­gie:

Nichts als Licht

KIT-For­scher ent­wi­ckeln opti­sch betrie­be­nes Kame­ra­netz­werk

Ein Kame­ra­netz­werk, das mit Licht statt Strom arbei­tet und mit einem Mini­mum an Ener­gie aus­kommt, haben For­scher der Uni­ver­si­tät Karls­ruhe ent­wi­ckelt. Auf der Euro­pean Con­fe­rence on Opti­cal Com­mu­ni­ca­ti­ons (ECOC) prä­sen­tierte die Gruppe um Pro­fes­sor Jürg Leut­hold und Pro­fes­sor Jürgen Becker die vor allem für Anwen­dun­gen in der Sicher­heits­tech­nik inter­es­sante Inno­va­tion.

Die Video­ka­mera (links) ist über eine Glas­fa­ser mit einem PC ver­bun­den. Die Kamera braucht weder einen Akku, noch muss sie ans Strom­netz ange­schlos­sen werden.

Auf den ersten Blick könnte man glau­ben, es handle sich um eine nor­male Video­ka­mera, die 15 Farb­bil­der pro Sekunde in VGA-Auf­lö­sung (640 x 480 Bild­punkte) lie­fert. Auf den zwei­ten Blick sieht man aber, dass die selbst gefer­tigte Video­ka­mera weder über eine Bat­te­rie noch einen Akku und auch über kein Strom­ka­bel ver­sorgt wird. Das ein­zige, was die Kamera mit der Basis­sta­tion ver­bin­det, ist ein 200 Meter langes, haar­fei­nes Glas­fa­ser­ka­bel, das meh­rere Signale gleich­zei­tig mit ver­schie­de­nen Wel­len­län­gen über­tra­gen kann. Eine Wel­len­länge dient zur Ener­gie­ver­sor­gung der Kamera; die andere Wel­len­länge ist für die Daten­kom­mu­ni­ka­tion und wird genutzt, um das Bild­si­gnal zur Basis­sta­tion zurück­zu­sen­den.

Die Kamera ist ein echtes Ener­gie­spar­wun­der: Sie benö­tigt ins­ge­samt nur 100 Mil­li­watt, damit CMOS-Sensor (40 mW), Elek­tro­nik (40 mW) und Sen­de­laser (20 mW) den Video­da­ten­strom von 100 Mega­bit pro Sekunde an die Basis­sta­tion lie­fern können. Dies geschieht auf der Wel­len­länge 1310 Nano­me­ter. Mit einem 400 mW star­ken Licht­si­gnal der Wel­len­länge 810 Nano­me­ter wird der Video­ka­mera die erfor­der­li­che Ener­gie zuge­führt; eine Pho­to­di­ode wan­delt das Licht in elek­tri­schen Strom um. Beide Daten­ka­näle sind in einer 62,5-Mikrometer-Standard-Multimode-Faser gebün­delt. An der Basis­sta­tion emp­fängt ein Rech­ner das Bild­si­gnal und über­trägt die Bilder ins Inter­net.

Die Ent­wick­lung des rein opti­sch betrie­be­nen Kame­ra­netz­werks war eine echte Gemein­schafts­ar­beit, wie Pro­fes­sor Leut­hold erklärt. Das Insti­tut für Tech­nik der Infor­ma­ti­ons­ver­ar­bei­tung steu­erte unter Lei­tung von Pro­fes­sor Becker die Elek­tro­nik bei. Die hoch­emp­find­li­che Pho­to­di­ode zur Kon­ver­sion des Laser­lichts in elek­tri­sche Ener­gie wurde am Fraun­ho­fer-Insti­tut für Solare Ener­gie­sys­teme in Frei­burg ent­wi­ckelt, und für die opti­sche Kom­mu­ni­ka­ti­ons­tech­nik war das Insti­tut für Hoch­fre­quenz­tech­nik und Quan­ten­elek­tro­nik unter Lei­tung von Pro­fes­sor Leut­hold und Pro­fes­sor Wolf­gang Freude zustän­dig.

Das Team prä­sen­tierte die Inno­va­tion kürz­lich auf der „Euro­pean Con­fe­rence on Opti­cal Com­mu­ni­ca­ti­ons“ (ECOC) in Berlin vor rund 1 200 Wis­sen­schaft­lern und Inge­nieu­ren aus 60 Län­dern. Die jähr­lich an wech­seln­den Orten orga­ni­sierte Kon­fe­renz ist die größte Euro­pas zur Opti­schen Kom­mu­ni­ka­ti­ons­tech­nik und gilt als eine der zwei wich­tigs­ten Kon­fe­ren­zen auf dem Gebiet. Nur aus­ge­wählte Arbei­ten, welche den neu­es­ten Stand der Tech­nik wie­der­ge­ben, werden zur Prä­sen­ta­tion zuge­las­sen.

Wie Pro­fes­sor Leut­hold dar­legt, ist das licht­ge­spei­ste Kame­ra­netz­werk vor allem für Anwen­dun­gen in der Sicher­heits­tech­nik inter­es­sant, beson­ders wenn in Räumen nach­träg­lich Video­ka­me­ras zu instal­lie­ren sind. „Statt die Wände auf­zu­rei­ßen, um Strom­ka­bel zu ver­le­gen, braucht man nur haar­feine Glas­fa­ser­ka­bel anzu­brin­gen, die mit Farbe über­stri­chen nicht mehr zu sehen sind.“ Die opti­sche Ener­gie­ver­sor­gung eignet sich beson­ders auch für den Ein­satz in Umge­bun­gen mit star­ken elek­tro­ma­gne­ti­schen Stör­fel­dern oder Explo­si­ons­ge­fahr.

Das Karls­ru­her Insti­tut für Tech­no­lo­gie (KIT) ist der Zusam­men­schluss zwi­schen der Uni­ver­si­tät Karls­ruhe und dem For­schungs­zen­trum Karls­ruhe. Gemein­sam arbei­ten hier 8000 Beschäf­tigte mit einem jähr­li­chen Budget von 600 Mil­lio­nen Euro. Im KIT bün­deln beide Part­ner ihre wis­sen­schaft­li­chen Fähig­kei­ten und Kapa­zi­tä­ten, rich­ten die dafür opti­ma­len For­schungs­struk­tu­ren ein und ent­wi­ckeln gemein­same Stra­te­gien und Visio­nen.

Mit KIT ent­steht eine Insti­tu­tion inter­na­tio­nal her­aus­ra­gen­der For­schung und Lehre in den Natur- und Inge­nieur­wis­sen­schaf­ten. KIT soll Attrak­ti­ons­punkt für die besten Köpfe aus der ganzen Welt werden, neue Maß­stäbe in Lehre und Nach­wuchs­för­de­rung setzen und das füh­rende euro­päi­sche Zen­trum in der Ener­gie­for­schung bilden. Im Bereich der Nano­wis­sen­schaf­ten will KIT eine welt­weit füh­rende Rolle ein­neh­men. Ziel von KIT ist es, einer der wich­tigs­ten Koope­ra­ti­ons­part­ner für die Wirt­schaft zu sein.

Link: Karlsruher Institut für Technologie

(thoMas)