Wie funktionieren Glasfaserkabel? Ihre Frage beantwortet

 

Im Folgenden finden Sie die Antwort auf diese Frage.

 

Aber lassen Sie uns zunächst definieren, was wir mit „Glasfaserkabel“ meinen. Glasfaserkabel bestehen aus einer Glasfaser, Verstärkungselementen und einer äußeren Ummantelung. Die Glasfaser überträgt das Signal, das Verstärkungselement sorgt für Zug- und Druckfestigkeit, und die Ummantelung schützt das durchgehende Kabel vor Umwelteinflüssen.

 

Im Gegensatz zu Kupfer, das in CAT- bzw. Ethernet-Kabeln verwendet wird, die Daten mit Hilfe von elektrischen Signalen übertragen, nutzt Glasfaser Glas als Übertragungsmedium für schnell fließende Lichtimpulse. Für den grundlegenden Prozess der Signalübertragung werden ein Sender, ein Empfänger und eine Glasfaser benötigt, um das Licht vom Sender zum Empfänger zu übertragen.

 

Glasfasern werden in einem zweistufigen Verfahren hergestellt. Der erste Schritt besteht in der Herstellung der Vorform aus reinem Glas. Dabei werden verschiedene Dotiergase verwendet, um Schichten aus reinem Glas in einen Zylinder einzubringen. Die Reinheit des Glases ist entscheidend, damit es Licht über große Entfernungen übertragen kann, ohne Informationen zu verlieren.

 

Der zweite Schritt wird „Glasfaser ziehen“ genannt. Dabei wird die Vorform erhitzt und gezogen, um den Durchmesser zu einer dünnen Glasfaser zu reduzieren. Der Durchmesser einer Standard-Glasfaser beträgt 250 Mikrometer. Ein menschliches Haar hat zum Vergleich einen Durchschnitt von etwa 100 Mikrometern. Dieses Verfahren ähnelt der Art und Weise, wie Süßwarenhersteller ihre handgerollten Bonbons mit feinen Mustern versehen. Nur wird der große Glaszylinder bis zu seinem Schmelzpunkt erhitzt und dann nicht gerollt, sondern gezogen, um die gewünschten Strukturen zu erzielen.

 

Die so entstandenen Glasfasern sind in Gebinden mit Verstärkungselementen und/oder Puffermaterialien angeordnet und mit einer äußeren Ummantelung versehen.

 

Zum Aufbau von Glasfaserkabeln

 

Welche Komponenten sind für das Funktionieren von Glasfaserkabeln erforderlich?

 

Optische Glasfasern bestehen aus Kern, Mantel und Schutzbeschichtung. Diese werden die „Drei C.“ genannt (aus dem Englischen für Core, Cladding und Coating).

 

Kern

Der Kern oder Faserkern ist die innere Glaskonstruktion des Kabels, über den das Licht zu einem Empfangsgerät gelangt. Während der Übertragung wird das optische Signal im Kern durch interne Totalreflexion weitergeleitet. Das Licht wird an der Schnittstelle zwischen dem Kern und dem Mantel reflektiert (diese Komponente werden wir als nächstes besprechen).

 

Die Lichtsignale werden auf Wegen übertragen, denen der Lichtstrahl durch die Glasfaser folgt. Diese Wege werden auch „Moden“ genannt.

 

Mantel

Um den Kern ist eine dünne Glasschicht gewickelt, der „Mantel“. Er fungiert als Begrenzung, um Lichtsignale innerhalb des Kerns zu halten. Das kann man sich wie eine perfekt reflektierende Spiegelfläche vorstellen. So werden die Daten über die gesamte Länge der Glasfaser bis zum Empfänger übertragen.

 

Schutzbeschichtung

In vielen Fällen werden zwei UV-gehärtete Schutzbeschichtungen auf dem äußeren Mantelglas aufgebracht. Diese doppelte Beschichtung wird auch „Schutzbeschichtung“ genannt. Sie schützt das Glas vor Kratzern, mikroskopischer Verbiegung und vor Verunreinigungen. Glasfasern bestehen aus Glas, und dieses extrem dünne und zerbrechliche Material erfordert derartige Schutzmaterialien, damit sie durch die Handhabung bei der Fertigung wie auch beim Endbenutzer nicht beschädigt werden.

 

Beim Gesamtaufbau des Kabels werden die Glasfasern dann je nach entsprechender Anforderung für unterschiedliche Anwendungen und Regionen gebündelt.

 

Glasfaserkabel enthalten noch zwei weitere Komponenten:

 

Verstärkungselemente

Um einem Kabel während der Installation Festigkeit zu verleihen, werden Materialien wie etwa Stahl, Aramidfasern, Glasfasergarn oder ein steifer Glasfaserstab verwendet, um die Zugfestigkeit und die Druckfestigkeit zu erhöhen. Durch sie wird das Glasfaserkabel stabiler und widerstandsfähiger in Bezug auf das Einziehen von Kabeln, Biegen, Rollen, Verdrehen und sonstige Belastungen.

 

Ummantelung

Als äußere Ummantelung des Kabels ist sie die erste Schutzmaßnahme in Bezug auf die unmittelbare Umgebung des Kabels. Es sind verschiedene Ummantelungen erhältlich, die vor äußeren Einflüssen wie scharfen Gegenständen schützen. Je nach Anwendung können diese auch schwer entflammbar sein, wie etwa für Riser im Innenbereich oder Plenum im Außenbereich.

 

Funktionsweise der einzelnen Glasfaserkabeltypen

 

Es gibt zwei Arten von Glasfaserkabeln: Singlemode und Multimode. Diese Glasfasern funktionieren auf etwas unterschiedliche Weise.

 

Multimode-Fasern haben einen Kern, dessen Durchmesser fünf- bis sechsmal größer ist als der von Singlemode-Fasern (wir erörtern das im Folgenden).

 

Aufgrund ihrer Kerngröße bietet die Multimode-Glasfaser eine viel größere Lichtsammelkapazität. Infolgedessen können „mehrere Moden“ oder Lichtwege gleichzeitig durch eine Glasfaser verlaufen. Je größer der Kern ist, desto einfacher ist es, Licht in die Glasfaser einzuspeisen, um Daten zu übertragen.

 

Bei den heute verwendeten Multimode-Fasern wie etwa OM3, OM4 und OM5 handelt es sich um laseroptimierte Glasfasern. Das bedeutet, dass entweder ein LED-Laser oder ein VCSEL-Laser (Oberflächenemitter) als Lichtquelle verwendet werden kann, um höhere Datenraten zu erzielen. Mit OM5, dem neuesten Typ von Multimode-Fasern, kommt auch eine neue Technologie zum Einsatz, das so genannte Kurzwellenlängen-Multiplexen, mit dem mehrere Signale zu einem bestimmten Zeitpunkt über die Glasfaser übertragen werden können. Damit wird die Übertragungsleistung erhöht. So können vier eigenständige Laserkanäle in derselben Glasfaser unabhängig voneinander verwendet werden.

 

Singlemode-Fasern haben eine kleinere Kerngröße als Multimode-Fasern. Dadurch wird das Licht direkt durch die Glasfaser geleitet (es wird nur der Grundmodus des Lichts durch die Glasfaser übertragen). Die während der Lichtübertragung entstehende Lichtreflexion nimmt ab, wodurch die Dämpfung verringert und das Signal erfolgreich über größere Entfernungen übertragen wird. OS1 und OS2 gehören zu den Kabeltypen mit Singlemode-Fasern.

 

Keine dieser beiden Glasfasertypen ist grundsätzlich besser als die andere. Es handelt sich um zwei verschiedene Arten, die für unterschiedliche Zwecke entwickelt wurden.

 

Da in einer Multimode-Faser mehrere Lichtwege verlaufen, bietet sie nur über eine kurze Distanz eine hohe Bandbreite. Diese verschiedenen Moden bewegen sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten durch die Glasfaser und erreichen den Detektor leicht versetzt zueinander. Man kann sich das wie einer Echokammer vorstellen: Je mehr Moden vorhanden sind, desto länger ist das Echo. So wird es schwieriger zu verstehen, wo Worte beginnen und enden, da Töne zunehmend miteinander verschmelzen.

 

In Singlemode-Fasern bewegt sich das gesamte Licht mit nahezu gleicher Geschwindigkeit und kommt etwa zur gleichen Zeit an. Dadurch wird der Effekt der modalen Dispersion eliminiert, der bei Multimode-Fasern auftritt. Dies ermöglicht höhere Bandbreiten bei geringeren Signalverlusten über größere Entfernungen. Singlemode-Fasern eignen sich daher ideal für Anwendungen zur Übertragung von Langstreckensignalen, wie etwa in oder zwischen Gebäuden und Geländen, auf hoher See oder in entfernten Büros.

 

Unser Team hilft Ihnen gerne, die richtigen Entscheidungen für Ihre Glasfaserkabelsysteme zu treffen.Falls Sie weitere Fragen zu Glasfaserkabeln haben, Hilfe bei der Auswahl benötigen oder ausführliche Informationen über die Funktionsweise von Glasfaserkabeln wünschen, stehen wir Ihnen gerne zur Verfügung.

 

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