Lichtwellenleiter

Lichtwellenleiter
Während in konventionellen Kupferleitungen die Informationsübertragung über Elektronen
erfolgt, übernehmen diese Aufgabe in einem Lichtwellenleiter (LWL) Photonen. Im Folgenden soll nun der LWL geschichtlich eingeordnet sowie die Funktionsweise erläutert werden.
Die Anfänge des LWL sind in dem Jahr 1870 zu sehen, als John Tyndall mit Lichtübertragung in einen Wasserstrahl experimentierte. Diese Problematik wurde in den darauf folgenden Jahren weltweit weiter bearbeitet, indem versucht wurde, Licht durch die unterschiedlichsten Medien zu übertragen. So kam es dazu, dass seit Mitte der 1950er Jahre LWL in der
Medizin zur Beleuchtung genutzt wurden, allerdings war der Lichtverlust für die optische
Datenübertragung noch zu groß. Dies änderte sich im Jahr 1960 mit der Entwicklung des
ersten Lasers, da Licht nun gebündelt durch einen LWL geleitet werden konnte. Mit Behebung der Unreinheiten im Glas, die 1966 als Problem für den Lichtverlust ausgemacht
wurden, wurde 1970 der erste verlustarme LWL auf den Markt gebracht. Von da an begann
das Zeitalter der LWL, die im Laufe der Jahre weiter verbessert wurden. Heutzutage sind
LWL kaum noch wegzudenken, denn über diese findet ein Teil der transatlantischen Kommunikation statt.
Anhand von Abb.1 soll nun der Aufbau eines LWL erläutert werden. Im Inneren des LWL
befindet sich das Kernglas. Je nachdem, um was für eine Art von LWL es sich handelt,
besteht
dieser
aus
Kunststoff oder Glas
und hat einen höheren
Brechungsindex als das
Mantelglas. Er ist der
wichtigste Teil des
LWL, denn in ihm
findet die Signalübertragung statt. Damit die
Signale auch nahezu
verlustfrei um Ecken
geleitet werden, muss
im Inneren des LWL
eine Reflektion stattfinden
können.
Diese
Reflektion findet am
Mantelglas statt. Damit
diese Reflektion am
Cladding
stattfinden
Abb.1: Aufbau eines Lichtwellenleiters
kann, besteht dieses aus
einen transparentem, dielektrischem Material, welches einen geringeren Brechungsindex als
das Kernglas aufweist. In der Regel handelt es sich um das gleiche Material, aus dem der
Kern besteht, also aus Glas oder Kunststoff. Es enthält keine metallischen Anteile und ist
nichtleitend. Die darüberliegende Schicht ist die Beschichtung oder auch Coating genannt. Sie
besteht aus Kunststoff und dient dem mechanischen Schutz des Mantelglases. Darüber liegt
das Buffering. Dieses ist ein Schutzmaterial, welches den LWL vor Umwelteinflüssen schützen soll.
Nun soll die Funktionsweise des Lichtwellenleiters mit Hilfe von Abb.2 erläutert werden. Als
erstes wird die Funktionsweise der Multimodefaser betrachtet. Der Kern hat einen Durchmesser von 200 µm, wobei mehrere Lichtwellen gleichzeitig durch ihn geschickt werden. Wie
zu erkennen, werden die Signale unterschiedlich hart an dem Mantel reflektiert, was zu unter-
120366
schiedlichen Laufzeiten der einzelnen Moden führt und damit zu einem schlechten Ausgangssignal. Mit dieser Faser ist eine verstärkungslose Übertragung von 10 km möglich.
Die Gradientenfaser stellt auch eine Multimodefaser da, jedoch hat der Kern nur einen
Durchmesser von 50 µm und der Brechungsindex fällt parabolisch zum Mantel hin ab, was
den parabelförmigen Verlauf der Moden erklärt. Weiterhin ist zu erkennen, dass die Laufzeit
der einzelnen Moden gleich ist, was zu einem guten Ausgangssignal führt.
Zum Schluss soll noch
die
Monomodefaser
erläutert werden. Bei
diesem Fasertyp wird
nur eine Mode durch
den LWL geleitet und es
findet keine Reflektion
an der Wand des Kerns
statt. Aus diesem Grund
benötigt dieser LWL
kein Mantelglas und der
Kerndurchmesser
beträgt 10 µm. Dieser
kleine Kerndurchmesser
kann aber zu Problemen
führen, da hier der LWL
sehr genau angeschlossen werden muss, damit
das Lichtsignal empfangen werden kann. Ist
Abb.2: Fasertypen
dies der Fall, so kann
eine Entfernung von ca. 100 km ohne Verstärkung überbrückt werden. Zum Vergleich, ein
CAT-7 Twisted-Pair-Netzwerkkabel kann auf maximal 700 m Entfernung ein Signal ohne
Verstärkung übertragen.
Zudem sind Lichtwellenleiter nicht störanfällig gegenüber elektromagnetischen Einflüssen,
weshalb LWL mit anderen Leitungen parallel verlegt werden können. Wegen der optischen
Übertragung des Signals gibt es auch keine Störstrahlungen. Ein weiterer Vorteil ergibt sich
darin, dass hohe Bandbreiten von 60 THz möglich sind, sowie Übertragungen mit Lichtwellen
unterschiedlicher Wellenlänge in nur einem LWL. Durch die fallenden Preise sind LWL das
Übertragungsmedium der Zukunft. Ein Beispiel, was hier zu nennen wäre, ist der Ausbau des
FTTH-Netztes der Telekom, wobei hier Glasfaserleitungen bis in die Haushalte hinein gelegt
werden und so Übertragungsraten von bis zu einem GBit/s ermöglicht werden sollen.
120366
Quellenverzeichnis:
- http://www.fcsonline.de/index.php?id=35
- http://www.elektronik-kompendium.de/sites/kom/0301282.htm
- http://www.itwissen.info/definition/lexikon/Lichtwellenleiter-FO-fiber-opticsLwL.html
- http://www.itwissen.info/definition/lexikon/Multimodefaser-MMF-multimodefiber.html
- http://www.itwissen.info/definition/lexikon/gradient-index-fiber-GIFGradientenindex-Profilfaser.html
- http://www.itwissen.info/definition/lexikon/Monomodefaser-SMF-single-modefiber.html
- http://www.connectworld.net/syscon/support.htm
- http://www.computerbase.de/news/2011-04/telekom-bietet-ab-2012-ftth-mit-200mbit-s/
- http://gadgets.boingboing.net/2009/04/17/gallery-an-illustrat.html
- Die genannten Seiten wurden zuletzt aufgerufen am 20.01.2012
120366