Forscher aus Berlin und Großbritannien haben mit unsichtbarem UV-Licht Daten mit bis zu 1,5 Gigabit pro Sekunde übertragen. Möglich machten das neuartige Leuchtdioden des Ferdinand-Braun-Instituts, die Licht mit Wellenlängen unter 235 Nanometern aussenden. Für diesen Spektralbereich ist das ein Rekord. Der Ansatz hat einen Vorteil, den sichtbares Licht und Infrarot nicht bieten, doch bis zur Anwendung ist noch eine wichtige Hürde zu nehmen.
Drahtlose Datenübertragung beruht heute fast ausschließlich auf Funk. Mobilfunk, WLAN und Bluetooth nutzen Radiowellen, deren Frequenzbänder begrenzt und vielerorts stark ausgelastet sind. Zugleich wächst der Bedarf rasant, denn autonome Fahrzeuge, Drohnen, vernetzte Industriemaschinen, Roboter und Anwendungen im Katastrophenschutz sind auf zuverlässige Verbindungen angewiesen. Eine Ergänzung bietet die optische Datenübertragung, bei der Licht statt Radiowellen als Träger dient. Eine Lichtquelle wird dabei extrem schnell an- und abgeschaltet oder in ihrer Helligkeit verändert, und ein Empfänger übersetzt diese Schwankungen zurück in digitale Daten. Für sichtbares Licht ist dieses Prinzip unter dem Namen LiFi bekannt. Mit UV-Licht im sogenannten Fern-UVC-Bereich verfolgen Forscher nun einen Weg, der eine grundlegende Schwäche der bisherigen Systeme umgehen soll.
Diese Schwäche zeigt sich vor allem im Freien. Systeme, die mit sichtbarem Licht oder Infrarot arbeiten, konkurrieren dort mit der Sonne, die in genau diesen Wellenlängenbereichen enorm viel Strahlung aussendet. Das Sonnenlicht erzeugt ein Hintergrundrauschen, das die schwachen Signale überlagert und eine zuverlässige Übertragung erschwert. Optische Systeme im Freien arbeiten deshalb oft mit präzise ausgerichteten Laserstrahlen, was sie aufwendig und anfällig macht. Forscher des Ferdinand-Braun-Instituts, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik in Berlin, des Institute of Photonics der University of Strathclyde in Glasgow und des LiFi Research and Development Centre der University of Cambridge setzen deshalb auf einen Spektralbereich, in dem die Sonne praktisch schweigt. Die Ergebnisse stellten sie auf einem internationalen Fachsymposium zur Kommunikationstechnik vor.
Ultraviolettes Licht wird nach seiner Wellenlänge in mehrere Bereiche eingeteilt. Als UVC bezeichnet man Strahlung mit Wellenlängen unterhalb von 280 Nanometern. Die Sonne sendet zwar auch solches Licht aus, doch es wird in den oberen Schichten der Atmosphäre nahezu vollständig absorbiert und erreicht den Erdboden praktisch nicht. Für die Datenübertragung ist das ein entscheidender Vorteil. Ein Empfänger, der nur auf UVC reagiert, sieht am Boden selbst bei hellem Sonnenschein fast keinen störenden Hintergrund. Fachleute sprechen von einem sonnenblinden Spektralbereich. Die Forscher nutzten für ihre Versuche noch kürzere Wellenlängen unterhalb von 235 Nanometern, den sogenannten Fern-UVC-Bereich, der eine weitere wichtige Eigenschaft mitbringt.
Diese Eigenschaft betrifft die Sicherheit. UV-Strahlung kann Haut und Augen schädigen, weshalb UVC-Lampen etwa zur Desinfektion nur unter strengen Schutzvorkehrungen eingesetzt werden. Fern-UVC-Licht unterhalb von 235 Nanometern wird jedoch bereits in den äußeren, nicht lebenden Hautschichten stark absorbiert und dringt deutlich weniger tief in lebendes Gewebe ein als langwelligere UV-Strahlung. Nach Angaben des Ferdinand-Braun-Instituts gilt diese Art von UV-Licht deshalb als gesundheitlich unbedenklich und eignet sich für Anwendungen in unmittelbarer Nähe von Menschen. Damit unterscheidet sich der Ansatz grundlegend von früheren Experimenten mit UVC-Kommunikation bei längeren Wellenlängen, bei denen die Strahlung für Menschen in der Umgebung ein Risiko dargestellt hätte.
Die Herausforderung lag in den Leuchtdioden selbst. Fern-UVC-LEDs sind technisch anspruchsvoll, liefern vergleichsweise wenig Licht und lassen sich herkömmlich nur langsam modulieren, also nicht schnell genug an- und abschalten, um große Datenmengen zu übertragen. Das Team am Ferdinand-Braun-Institut optimierte seine LEDs deshalb gezielt für die Kommunikation. Die Forscher unterteilten die leuchtende Fläche jeder Diode in viele kleine Bereiche. Diese Segmentierung verringert die elektrische Kapazität der Halbleiterübergänge und erhöht zugleich die Stromdichte. Beides zusammen führt dazu, dass sich die LEDs deutlich schneller modulieren lassen als herkömmliche Bauelemente mit großer Leuchtfläche. Jan Ruschel, leitender Wissenschaftler am Institut, beschreibt die Dioden als im internationalen Vergleich besonders leistungsstark und schnell schaltbar.
Die Arbeit baut auf früheren Ergebnissen derselben Kooperation auf. Bereits auf einer Fachkonferenz im Jahr 2025 hatten Forscher aus Glasgow und Berlin gezeigt, dass die Aufteilung der Leuchtfläche in winzige Pixel die Modulationsbandbreite von Fern-UVC-LEDs bei 235 Nanometern etwa verdoppelt und optische Datenraten von bis zu 650 Megabit pro Sekunde ermöglicht, wie die Publikationsübersicht des Ferdinand-Braun-Instituts dokumentiert. Mit der neuen Generation stieg die erreichte Rate nun auf mehr als das Doppelte. Bei längeren UVC-Wellenlängen zwischen 235 und 275 Nanometern hatte die Gruppe aus Glasgow schon früher Datenraten im Gigabitbereich erreicht. Unterhalb von 235 Nanometern ist der jetzige Wert dagegen ein neuer Bestwert.
Den Aufbau für die Übertragung entwickelten und testeten die Partner in Glasgow und Cambridge. Ein Computer erzeugte die Daten, eine modulierte Fern-UVC-LED sandte sie als Lichtsignal aus, und eine Fotodiode empfing es. Bei direkter Sichtverbindung zwischen Sender und Empfänger erreichte das System Datenraten von bis zu 1,5 Gigabit pro Sekunde. Die Messungen fanden bei normaler Raumbeleuchtung statt, was zeigt, dass gewöhnliches Licht die Übertragung nicht nennenswert beeinträchtigte. Die Forscher veröffentlichten ihre Ergebnisse in einem Konferenzbeitrag auf IEEE Xplore, der aus dem britischen Forschungsverbund TITAN hervorgegangen ist, einem nationalen Telekommunikationszentrum unter Leitung der University of Cambridge.
Wichtig für die Einordnung ist allerdings die Entfernung. Die Übertragungsstrecke im Experiment betrug lediglich 30 Zentimeter. Für Anwendungen bei Fahrzeugen, Drohnen oder Industrieanlagen sind deutlich größere Distanzen nötig. Der Rekord zeigt zunächst, dass Fern-UVC-LEDs grundsätzlich schnell genug für praxisrelevante Datenraten sind, nicht aber, dass diese Raten bereits über viele Meter oder im Freien erreicht werden. Auch handelt es sich um einen Konferenzbeitrag, also eine Form der Veröffentlichung, die in der Kommunikationstechnik üblich ist, aber meist knapper ausfällt als ein ausführlicher Fachartikel. Jan Ruschel bezeichnet das Erreichen einer anwendungsrelevanten Datenrate als wichtigen ersten Schritt, dem nun die Frage nach Reichweite und Umweltbedingungen folgen müsse.
Genau hier sehen die Forscher das größte Potenzial der Technik. Moleküle in der Luft streuen Licht, und diese sogenannte Rayleigh-Streuung nimmt mit kürzerer Wellenlänge stark zu. Sie ist auch der Grund, warum der Himmel blau erscheint. Bei Fern-UVC-Licht ist der Effekt besonders ausgeprägt. Ein Teil des Signals kann dadurch auch dann einen Empfänger erreichen, wenn Sender und Empfänger nicht direkt aufeinander ausgerichtet sind oder ein Hindernis die Sichtlinie blockiert. Fachleute sprechen von Kommunikation ohne direkte Sichtverbindung. Für Anwendungen im Freien, etwa zwischen Fahrzeugen an einer Kreuzung oder zwischen Drohnen in unübersichtlichem Gelände, wäre das ein erheblicher Vorteil gegenüber Laserverbindungen, die eine exakte Ausrichtung benötigen.
Wie gut sich dieser Effekt mit Fern-UVC-LEDs tatsächlich nutzen lässt, ist allerdings noch offen. Die Forscher wollen nun untersuchen, über welche Entfernungen und unter welchen Bedingungen die Übertragung ohne Sichtverbindung funktioniert. Dazu planen sie, Sender und Empfänger weiter zu optimieren, um größere, anwendungsrelevante Reichweiten zu erzielen. Außerdem soll geprüft werden, wie Wetter, Staub und Luftfeuchtigkeit den Übertragungsweg beeinflussen. Gelingt das, könnte die optische Datenübertragung mit UV-Licht den Funk dort ergänzen, wo Frequenzen knapp werden oder Störungen drohen. Bis dahin bleibt der Rekord von 1,5 Gigabit pro Sekunde ein vielversprechender Laborbefund, der zeigt, dass unsichtbares Licht weit mehr kann, als Keime abzutöten.
IEEE, Konferenzbeitrag CSNDSP 2026, Fern-UVC-LEDs für optische Datenübertragung mit 1,5 Gbit/s; doi:10.1109/CSNDSP68462.2026.11654373