Lichtkanäle

Lichtkanäle sind Strukturen oder Medien, die Licht entlang einer definierten Richtung leiten und so die Ausbreitung von Lichtstrahlen begrenzen. Typische Beispiele sind optische Fasern, planare Wellenleiter und photonic-crystal-Kanalstrukturen. Sie ermöglichen eine verlustarme Übertragung von Signalen sowie eine gezielte Strahlführung in Geräten und Netzen.

Die Leitung beruht meist auf einem Kern mit höherem Brechungsindex als das umliegende Mantelmaterial. Durch Totalreflexion am Grenzmaterial bleibt das Licht im Kern, selbst bei Biegungen. Zentrale Größen sind der numerische Aperturwert, der die Ankopplungseffizienz bestimmt, und die Dämpfung, die Verluste pro Distanz angibt. Abhängig von der Geometrie können Lichtkanäle ein- oder mehrmodulig arbeiten; Dispersion beeinflusst zudem das Spektrum.

Zu den Typen gehören Glasfasern (mit Sprung- oder Graded-Index), planare Wellenleiter aus dünnen Schichtaufbauten sowie Photonik-Kristall-Wellenleiter. Hohlkanal-Fasern leiten Licht durch Luft- oder Gasabschnitte und stellen eine weitere Unterkategorie dar.

Anwendungen finden sich in der Telekommunikation und Datentransmission, in der Sensorik, der medizinischen Bildgebung und Endoskopie sowie in der integrierten Photonik, Beleuchtungstechnik und Displays.

Historisch entwickelten sich Lichtkanäle aus der Grundlagenforschung zur Lichtleitung in den 1960er und 1970er Jahren; der Durchbruch kam mit der Entwicklung verlustarmer Glasfasern nach Arbeiten von Charles K. Kao. Heute bilden Lichtkanäle die Grundlage moderner Kommunikations-, Mess- und Informationssysteme.