Ein Laserstrahl kann Luft so verändern, dass sie als Funkantenne arbeitet. Forscher haben einen dünnen Plasmakanal erzeugt und darin ein Signal bei 30 Megahertz angeregt. Ein nahe gelegener Empfänger registrierte dadurch ein stärkeres Signal. Der Versuch zeigt die grundsätzliche Sendefunktion, aber noch kein einsatzfähiges Kommunikationssystem.
Das Team um Prya Darshni und Paul Franzon von der North Carolina State University untersuchte gemeinsam mit Arthur Dogariu eine berührungslos gespeiste Funkantenne. Der Laser erzeugt dabei den elektrisch anregbaren Kanal. Das eigentliche Funksignal stammt aus einem separaten Hochfrequenzgenerator. Diese Trennung ist wichtig: Ein sichtbarer Lichtstrahl allein überträgt in diesem Aufbau noch nicht automatisch die gewünschte Funkinformation.
Unter normalen Bedingungen leitet Luft elektrischen Strom nur schlecht. Ein ausreichend intensiver Laser kann jedoch Elektronen aus Molekülen lösen. Diese Ionisation erzeugt ein Plasma mit frei beweglichen Ladungsträgern. Wenn ein elektrisches Wechselfeld diese Ladungen anregt, kann eine elektromagnetische Wirkung entstehen. Der leitfähige Bereich muss deshalb kein dauerhaft vorhandener Draht sein.
Bei einer gewöhnlichen Metallantenne bewegen sich Elektronen im Leiter. Länge, Form und Umgebung beeinflussen, wie die Antenne auf eine Frequenz reagiert. Für eine Plasmaantenne kommen zusätzliche Eigenschaften hinzu, etwa die Ladungsträgerdichte und die Lebensdauer des ionisierten Kanals. Eine veränderbare Form ist technisch interessant. Sie muss aber ausreichend stabil und reproduzierbar sein, damit aus einem physikalischen Effekt eine verlässliche Verbindung wird.
Ein direkter Drahtkontakt könnte den dünnen Plasmakanal stören. Das Team verwendet deshalb einen Metallring als kapazitive Speisung. Der Laser verläuft durch den Ring, dessen elektrisches Feld mit dem Plasma wechselwirkt. Der Kondensator überträgt die Anregung somit ohne mechanischen Kontakt zum Kanal. Die Versuchsanordnung verbindet optische Erzeugung mit einer elektrischen Einspeisung.
Lasertechnik kann in Funksystemen sehr unterschiedliche Aufgaben übernehmen. Bei der drahtlosen Musikübertragung mit einem Laser-Frequenzkamm steht beispielsweise eine andere Art der Signalerzeugung im Mittelpunkt. Im vorliegenden Versuch dient der Laser vor allem dazu, das Antennenmaterial vorübergehend herzustellen. Die Luft wird zum Träger beweglicher Ladungen. Diese Funktion ist von einer direkten optischen Datenübertragung zu unterscheiden.
Sender und Empfänger standen etwa fünf Zentimeter auseinander. Bei eingeschaltetem Plasmakanal war das empfangene Signal ungefähr 2,5-mal so stark wie bei einer Vergleichsmessung mit blockiertem Laser. Beide Messungen nutzten dieselbe kapazitive Speisung. Der Vergleich spricht dafür, dass der Plasmakanal zur elektromagnetischen Kopplung beiträgt. Er beschreibt jedoch eine Messung im Nahfeld und keine kilometerweite Funkstrecke.
Diese Unterscheidung ist für die Bewertung wesentlich. In unmittelbarer Nähe einer Antenne können elektrische und magnetische Felder anders zusammenwirken als weit entfernt. Für eine praktische Fernverbindung müssten unter anderem Strahlungsverhalten, Effizienz und Störanfälligkeit bestimmt werden. Auch der Energieaufwand für die Erzeugung des Plasmas gehört in einen solchen Vergleich. Eine starke lokale Messwirkung allein beantwortet diese Fragen noch nicht.
Die Forscher sehen einen möglichen Vorteil darin, Länge und Richtung des Kanals über den Laser zu beeinflussen. Mechanisch ausfahrbare Bauteile könnten bei bestimmten Anwendungen dadurch ergänzt werden. Noch ungeprüft ist jedoch die Verwendung des Systems als Empfangsantenne. Ebenso fehlen Nachweise für einen robusten Betrieb unter den unterschiedlichen Bedingungen realer Einsatzorte. Der Fortschritt liegt zunächst in der experimentellen Verbindung eines lasererzeugten Luftplasmas mit einer kontrollierten Hochfrequenzspeisung.
IEEE Journal of Microwaves, Laser-Induced-Plasma-Filament Antenna Transmitting 30 MHz VHF; doi:10.1109/JMW.2026.3722433
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