Lichtwellenleiter lösen zur Informationsübertragung in vielen Bereichen, vor allem in der Telekommunikation, zunehmend die guten alten Kupferkabel ab. Aber was genau ist ein Lichtwellenleiter? Wie funktioniert dieser? Und wie ist er aufgebaut? Hier beantworten wir die wichtigsten Fragen zum Thema.
Was ist ein Lichtwellenleiter?
Ein Lichtwellenleiter ist ein Kabel. Doch statt Strom (Elektronen) wird Licht (Photonen) zur Informationsübertragung durch den Kern geleitet.
Optische Nachrichtentechnik ist der Oberbegriff für die Vermittlung, Verarbeitung und Übertragung von Informationen in Form von Licht.
Wie sind Lichtwellenleiter aufgebaut?
In der Mitte des Lichtwellenleiters sitzt das Kernglas. Dieser Kern besteht aus Quarzglas- oder Kunststofffasern. Das Licht wird größtenteils durch den Kern geleitet.
Zwischen Kern und Mantel gibt es eine sogenannte Grenzschicht. An der Grenzschicht wird der Lichtstrahl reflektiert. Der Brechungsindex bestimmt dabei, auf welche Weise der Lichtstrahl reflektiert wird.
Die zweite Schicht ist der Mantel oder das Mantelglas. Über den Mantel kann ebenfalls Licht geleitet werden – er besitzt jedoch einen niedrigeren Brechungsindex als der Kern.
Die Lackierung umhüllt den Mantel und hält Feuchtigkeit von Kern und Mantel fern.
Abschließend folgt die Beschichtung, die den Lichtwellenleiter vor groben und mechanischen Schäden schützt.
Wie werden Lichtstrahlen über Lichtwellenleiter übertragen?
Am Anfang stehen die elektrischen Eingangssignale. Diese werden in einem sogenannten elektrooptischen Wandler in Licht umgewandelt. Die Lichtstrahlen fließen dann in den Lichtwellenleiter. Nach ihrer Reise durch den Lichtwellenleiter werden sie von einem optoelektrischen Wandler empfangen und erneut in elektronische Signale umgewandelt.
Je nach Typ des Lichtwellenleiters variiert der Durchmesser des Kernglases. Breitere Kerngläser lassen mehrere Lichtstrahlen zu und können auch um Ecken verlegt werden. Vermeiden Sie dennoch, das Kabel zu scharf um eine Ecke zu legen. Das kann den Fluss des Lichtes unterbrechen.
Welche Arten von Lichtwellenleitern gibt es?
Es gibt verschiedene Arten von Lichtwellenleitern:
Multimode-Faser mit Stufenprofil
Die Multimode-Faser mit Stufenprofil ist die einfachste Lichtleitfaser. Sie besteht aus einem Glaskern mit einer konstanten Brechzahl. Durch diese Faser können mehrere Lichtstrahlen geleitet werden. Das Licht wird unterschiedlich hart und ungleichmäßig reflektiert und verläuft quasi im Zick-Zack durch den Kern. Der Brechungsindex bleibt jedoch konstant.
Da die Lichtstrahlen häufig und unterschiedlich reflektiert werden, entstehen bei diesem Fasertyp jedoch Laufzeitunterschiede (Modendispersion). Deshalb eignen sich diese Kabel vor allem für die Übertragung geringer Bandbreiten (bis 100 MHz) und Übertragungslängen bis 1 km.
Typische Kerndurchmesser für diesen Fasertyps sind 100, 120 oder 400 µm.
Multimode-Faser mit Gradientenprofil
Auch durch Multimode-Fasern mit Gradientenprofil können mehrere Lichtstrahlen durchgeleitet werden. Diese verlaufen parabolisch durch den Lichtwellenleiter. Der Ausgangsimpuls ist sehr gut, jedoch ist diese Kabelvariante aufwändiger in der Herstellung und deshalb teurer als die Multimode-Faser mit Stufenprofil.
Typische Kerndurchmesser dieses Fasertyps sind 50 µm, 62,5 µm, 85 µm oder 100 µm bei einem Manteldurchmesser von 125 µm oder 140 µm.
Die Multimode-Faser mit Gradientenindex ist die Standardfaser bei Datennetzen.
Sinlgemode-Faser
Bei der Singlemode-Faser ist das Kernglas sehr schmal. Dadurch geht nur ein Lichtstrahl, relativ linear, hindurch. Es kann nur ein Lichtstrahl durch das Kernglas gesendet werden, sodass, anders als bei den anderen beiden Typen, keine Laufzeitunterschiede auftreten.
Ist die Singlemode-Faser richtig angeschlossen und gibt es sowohl Empfangseinheit als auch Sendeeinheit her, kann sie über 100km überbrücken. Das Ausgangssignal ist hochwertiger als bei den beiden anderen Singlemode-Faser. Dadurch ist diese Faser jedoch aufwendig zu produzieren und die teuerste der genannten Varianten.
Welche Vorteile hat der Einsatz von Lichtwellenleitern?
Lichtwellenleiter haben gegenüber konventionellen Kabeln einige Vorteile:
- keine Störstrahlung, da das Signal optisch übertragen wird
- die optische Übertragung ist nahezu abhörsicher
- hohe Bandbreiten über weite Strecken
- nicht störanfällig gegenüber elektromagnetischen Einflüssen
- können parallel mit anderen Leitungen gelegt werden
(Bild: TonyHegewald_pixelio.de)