Glasfaser
Der Begriff Glasfaser bezieht sich auf das Medium und die Technologie, die mit der Übertragung von Informationen in Form von Lichtimpulsen über einen Glas- oder Kunststoffstrang oder eine Faser verbunden sind. Glasfasern werden für Langstrecken- und Hochleistungs-Datennetze verwendet. Weitere Begriffe für Glasfaser sind Fiber Optic, Optical Fiber und Lichtwellenleiter.
Glasfasern werden auch häufig in Telekommunikationsdiensten wie Internet, Fernsehen und Telefonen eingesetzt. Glasfaserkabel werden verwendet, da sie gegenüber Kupferkabeln eine Reihe von Vorteilen bieten, wie etwa eine höhere Bandbreite und Übertragungsgeschwindigkeit.
Ein Glasfaserkabel können eine unterschiedliche Anzahl dieser Glasfasern enthalten –von einigen wenigen bis hin zu mehreren Hundert. Um den Glasfaserkern herum befindet sich eine weitere Glasschicht, der sogenannte Mantel. Eine als Pufferrohr bezeichnete Schicht schützt die Ummantelung. Eine Mantelschicht dient als letzte Schutzschicht für die einzelnen Fasern.
So funktioniert die Glasfasertechnik
Die Übertragung der Daten erfolgt in Form von Photonen (Lichtteilchen), die durch ein Glasfaserkabel pulsieren. Der Glasfaserkern und der Mantel haben jeweils einen unterschiedlichen Brechungsindex, der das einfallende Licht in einem bestimmten Winkel ablenkt. Wenn Lichtsignale durch das Glasfaserkabel gesendet werden, reflektieren sie an Kern und Mantel in einer Reihe von Zick-Zack-Bewegungen, was einem Prozess entspricht, der als interne Totalreflexion bezeichnet wird. Die Lichtsignale bewegen sich aufgrund der dichteren Glasschichten nicht mit Lichtgeschwindigkeit, sondern etwa 30 Prozent langsamer. Um das Signal während der gesamten Reise zu erneuern oder zu verstärken, erfordert die Glasfaserübertragung manchmal Repeater in größeren Abständen- Diese regenerieren das optische Signal durch Umwandlung in ein elektrisches Signal, das sie verarbeiten und als optisches Signal erneut übertragen.
Glasfaserkabel sind mit Serientechnik auf dem Weg, Signale mit bis zu 10 GBit/s zu unterstützen. Unter Laborbedingungen wurden schon Geschwindigkeiten von über 100 TBit/s erreicht. Je größer die Bandbreite eines Glasfaserkabels ist, desto teurer wird es in der Regel auch.
Typen von Glasfaserkabeln
Multimode-Glasfasern und Singlemode-Glasfasern sind die beiden Haupttypen von Glasfaserkabeln. Singlemode-Glasfasern werden aufgrund des geringeren Durchmessers des Glasfaserkerns für größere Entfernungen verwendet. Dadurch wird die Dämpfung reduziert, also die Verringerung der Signalstärke. Durch die kleinere Öffnung wird das Licht in einen einzigen Strahl gebündelt, der einen direkteren Weg bietet und das Signal über eine längere Strecke transportieren kann. Singlemode-Fasern haben außerdem eine wesentlich höhere Bandbreite als Multimode-Fasern. Die Lichtquelle für Singlemode-Fasern ist meistens ein Laser. Singlemode-Fasern sind in der Regel teurer, da sie mehr Präzision erfordern, um das Laserlicht in einer kleineren Öffnung zu erzeugen.
Multimode-Glasfasern werden für kürzere Entfernungen verwendet, da die größere Kernöffnung es ermöglicht, dass Lichtsignale auf dem Weg durch das Kabel stärker reflektiert werden. Aufgrund des größeren Durchmessers können mehrere Lichtimpulse gleichzeitig durch das Kabel gesendet werden, was zu einer höheren Datenübertragung führt. Dies bedeutet jedoch auch, dass die Möglichkeit von Signalverlusten, -verminderungen oder -störungen größer ist. Bei Multimode-Glasfasern wird der Lichtimpuls in der Regel durch eine LED erzeugt.
Während Kupferdrahtkabel jahrelang die traditionelle Wahl für Telekommunikations-, Netzwerk- und Kabelverbindungen waren, sind Glasfaserkabel inzwischen eine gängige Alternative. Die meisten Fernleitungen der Telefongesellschaften bestehen heute aus Glasfaserkabeln. Da Glas keine Elektrizität leitet, sind Glasfasern auch nicht von elektromagnetischen Interferenzen betroffen, und die Signalverluste werden minimiert.
Beispielsweise würde IP over DWDM die gemeinsame Nutzung von Datenkanälen mit 100 MBit/s und 10 GBit/s über eine Glasfaser ermöglichen, zusätzlich zur gemeinsamen Nutzung mit einem Datenkanal nach OC-192 Synchronous Optical Network (SONET).
Vor- und Nachteile
Glasfaserkabel werden hauptsächlich wegen ihrer Vorteile gegenüber Kupferkabeln verwendet. Zu den Vorteilen gehören:
- Unterstützung von höheren Bandbreitenkapazitäten.
- Das Licht kann sich weiter ausbreiten, ohne dass eine größere Signalverstärkung erforderlich ist.
- Sie sind weniger anfällig für Störungen, zum Beispiel durch elektromagnetische Interferenzen.
- Sie können unter Wasser verlegt werden. Glasfaserkabel sind beispielsweise in risikoreichen Umgebungen wie Unterseekabeln im Einsatz.
- Glasfaserkabel sind stärker, dünner und leichter als Kupferdrahtkabel.
- Sie müssen nicht so häufig gewartet oder ausgetauscht werden.
Es ist jedoch wichtig, zu wissen, dass Glasfaserkabel auch Nachteile haben, die die Benutzer kennen sollten. Zu diesen Nachteilen gehören:
- Glasfaserkabel sind in der Regel teurer als Kupferkabel.
- Glasfasern müssen innerhalb eines Außenkabels stärker geschützt werden als Kupfer.
- Die Installation einer neuen Verkabelung ist arbeitsintensiv.
- Glasfaserkabel sind oft mechanisch empfindlicher. Die Fasern können zum Beispiel brechen oder ein Signal kann verloren gehen, wenn das Kabel in einem Radius von wenigen Zentimetern gebogen wird.
Einsatzmöglichkeiten von Glasfasertechnik
Computernetzwerke sind aufgrund der Fähigkeit von Glasfasern, Daten zu übertragen und eine hohe Bandbreite zu bieten, ein häufiger Anwendungsfall für Glasfasern. Auch im Rundfunk und in der Elektronik werden Glasfasern häufig eingesetzt, um bessere Verbindungen und Leistungen zu erzielen. Internet und Kabelfernsehen sind zwei der bekanntesten Anwendungsbereiche von Glasfasern. Glasfaserkabel lassen sich auch verwenden, um Fernverbindungen zwischen Computernetzwerken an verschiedenen Standorten herzustellen.
Auch das Militär, die Luftfahrt und die Raumfahrtindustrie nutzen Glasfaserkabel als Kommunikationsmittel und zur Signalübertragung sowie zur Temperaturmessung. Glasfaserkabel sind aufgrund ihres geringeren Gewichts und ihrer geringeren Größe von Vorteil.
Glasfasern werden häufig in einer Reihe von medizinischen Instrumenten eingesetzt, um eine präzise Beleuchtung zu ermöglichen. Sie erlauben auch zunehmend biomedizinische Sensoren, die bei minimalinvasiven medizinischen Eingriffen helfen. Da Glasfasern keine elektromagnetischen Störungen verursachen und dagegen unempfindlich sind, macht sie das ideal für verschiedene Tests wie MRT-Scans. Weitere medizinische Anwendungen für Glasfasern sind Röntgenbildgebung, Endoskopie, Lichttherapie und Operationsmikroskopie.
