Glasfaser verstehen: Die Technologie, die unsere Welt verändert

Die Übertragung von Nachrichten mit Licht bzw. optischen Signalen wird von uns Menschen seit Urzeiten genutzt. Denken Sie an Sonnenspiegel und Signallampen. Hier wurden Codes über weite Strecken übermittelt. Alexander Bell und John Tyndall machten schon um 1870 Versuche mit einem optischen Telephon oder auch der „Leitung“ von Licht in einem Wasserstrahl. Kurz danach entwickelte sich die Übertragung von Nachrichten mit Elektronen über Draht oder über elektromagnetische Wellen durch die Atmosphäre. Sie lenkte die Aufmerksamkeit von Übertragungssystemen mittels Photonen ab. Erst 1934 beantragte und erhielt Norman French ein Patent zum Thema "Telephonieren mit Licht über Glasstäbe".

Photonen vs. Elektronen

In den 1960er Jahren wurden schließlich modulierbare Halbleiterquellen und angepasste Silizium-Photodetektoren verfügbar. 1966 von Charles Kao erfunden, ist die Glasfaser in ihrer Nutzung und Optimierung als vermeintlich abhörsicheres und zuverlässiges kabelgebundenes Übertragungsmedium auch für das Militär von großem Interesse. Ab 1970 stellte Kao bei Corning Glass das erste Glasfaserkabel (LWL) mit einem Stufenprofil und 20 dB/km Dämpfungseigenschaften her. Kurz darauf, bereits 1972, erreichten neue Gradientenindexfasern Werte um die 4dB/km. Die Entwicklung immer besserer optischer Signalquellen (lichtemittierende Materialien), optischer Detektoren, lichtleitender Kabel und geeigneter Steckverbinder (zunächst SMAs) hat dieser neuen Technologie zu einem großen Erfolg verholfen. Zunächst im Labor und auf der Teststrecke. Nach dem Erfolg hat sich das neue Medium in jeder Art von ausfallsicherer kritischer Infrastruktur bewährt und wurde in der Praxis eingesetzt.

Heute ist die Glasfasertechnologie weitgehend ausgereift. Mit Millionen von Glasfaserkilometern, die verlegt wurden, um den Datenaustausch und die Funktionalität unserer Technologie und unserer datenhungrigen Gesellschaft sicherzustellen. Ohne die Signalübertragung über Lichtwellenleiter ist die immer größer werdende Nachfrage nicht mehr zu bewältigen. Auch wenn die „optische Datenübertragung über Lichtwellenleiter“ seit Jahrzehnten im Einsatz ist, ist kein technologischer Nachfolger in Sicht, der diesen Erfolgskurs aufhalten kann.

Bei den heutigen Weiterentwicklungen geht es um die Optimierung. Einzelne Produktattribute, wie reduzierte Empfindlichkeit oder vereinfachte Handhabung, die unseren weiteren Einsatz in lokalen und internationalen Datennetzen garantieren.

Vorteile und Kosten der Lichtleiter

Da Glas ein Isolator ist, stellt Glasfaser = Lichtwellenleiter = LWL ein weitgehend geschlossenes System dar. Ein System, dass äußere Störfelder weder absorbiert noch emittiert. Lichtwellenleiter haben im Vergleich zu Drähten eine sehr geringe Dämpfung. Sie sind unabhängig von der zu übertragenden Modulation. Bei gleicher Kapazität sind Glasfaserkabel kleiner, leichter und einfacher zu verlegen als Kupferkabel. Dennoch mit ähnlichen Übertragungseigenschaften. Die LWL-Verbindung ist vollständig galvanisch getrennt, störungsfrei und nahezu abhörsicher.

Wenn Sie die Kosten für eine 2 km lange 20-MHz-Videoverbindung vergleichen und die Notwendigkeit von Repeatern mit Stromleitungen und höheren Verkabelungskosten für Koax berücksichtigen, sind Glasfaserverbindungen weit überlegen. Auch bei kurzen Kabeln mit digitalen Signalen von nur wenigen MB/s in großen Gebäuden sind Multiplexer oder Netzwerke mit Glasfaserkabeln deutlich günstiger als viele Kupferkabel, die trotz Abschirmung abstrahlen und oft gestört werden.

Übertragung auf einem LWL

In Glasfaserkabeln werden Daten durch Licht übertragen. Das von der Laserdiode erzeugte optische Signal breitet sich durch die optische Faser aus. Die Übertragungsgeschwindigkeit ist die "Lichtgeschwindigkeit" (Anmerkung: nicht die absolute Lichtgeschwindigkeit, da optische Verunreinigungen im Glasmedium vorhanden sind). Dieser scheinbar komplexe Vorgang lässt sich im Grunde ganz einfach erklären: Lichtwellen breiten sich in Glasfasern aus.

Glasfasern bestehen mindestens aus einem Kern und einem Mantel. Die äußere Schutzhülle (Mantel) verhindert im Wesentlichen, dass das Signal den Kern verlässt. Auch die Übertragung in Gegenrichtung ist auf nur einer Faser möglich. Üblicherweise werden zwei Wellenlängen und spezielle Splitter verwendet, um die Kanäle zu trennen. Beispiel: Duplex auf nur einer Faser. Dies führt bereits zu einer Verdoppelung der Bandbreite.

Diese sogenannten Wellenlängen-Multiplexer (WDM) können die Bandbreite um ein Vielfaches erhöhen. Viele verschiedene Wellenlängen können gleichzeitig eingespeist und am anderen Ende wieder aufgeteilt werden.

In einem CWDM- oder DWDM-System erhöht sich die Anzahl der Kanäle, die über Glasfasern oder Faserpaare übertragen werden können. Von den üblichen 12-48 (CWDM) auf Hunderte von Kanälen (DWDM).

Lichtwellenleiter sind weltweit zu einem unverzichtbaren Teil von Kommunikationsnetzen geworden. Sie werden in vielen Bereichen wie Nachrichtentechnik und Telekommunikation eingesetzt. Die Technologie wird auch in der Medizin, Endoskopie und Mikroskopen, Laserstrahlen oder Beleuchtung an Geräten, Gebäuden oder dekorativen Elementen verwendet. Außerdem werden optische Fasern in optischen Messgeräten weit verbreitet verwendet.