Wie wirkt sich die Dämpfung auf mein Glasfasernetzwerk aus?

Glasfasernetze sind Netze, in denen die Datenübertragung mithilfe optischer Transceiver und optischer Kabel erfolgt. Die optischen Transceiver übertragen optisches Licht über ein optisches Kabel. Wie bei Standard-Ethernet-Kupfernetzwerken werden auch optische Netzwerke durch äußere Belastungen und innere Eigenschaften beeinflusst, was zu Leistungsverlusten führt. Dieser optische Leistungsverlust wird als Dämpfung bezeichnet.

 

Glasfaserkabel bestehen aus Glasfaserkern und -mantel, Pufferbeschichtung, Kevlar-Festigkeitskomponenten und einem schützenden Außenmaterial, das als Mantel bezeichnet wird. Abhängig vom optischen Kabeltyp. Diese Komponenten können in Größe und Stärke variieren. Im Gegensatz zu Kupferkabeln, die Strom zur Datenübertragung nutzen, nutzen Glasfaserkabel für die gleiche Funktion optische Lichtimpulse. Ihr Kern besteht aus hochreinem Glas, das von einer spiegelähnlichen Hülle umgeben ist. Wenn das Licht auf das Kabel trifft, wandert es den Kern hinunter und prallt dabei ständig von der Ummantelung ab, bis es das endgültige Ziel erreicht. Es gibt zwei Arten von optischen Kabeln: Multimode und Singlemode. Von außen sehen sie fast gleich aus, ihr Inneres spielt jedoch eine große Rolle bei der optischen Dämpfung. Singlemode-Fasern werden für Hochgeschwindigkeitsverbindungen mit großer Reichweite verwendet, da ihr Kern und Mantel dichter sind und die Lichtdurchlässigkeit verbessern, indem sie die Lichtreflexion des Mantels begrenzen. Multimode-Fasern haben einen größeren Kern, wodurch das Licht stärker reflektiert wird und mehr Energie verloren geht, bis es das Ziel erreicht.

 

Die optische Dämpfung von Lichtwellenleitern ist jedoch nicht nur die Verlustleistung, die durch den Kern des Kabels verursacht wird. Eine hohe optische Dämpfung kann durch Absorption, Streuung und physikalische Beanspruchung des Kabels wie Biegung verursacht werden. Die Signaldämpfung wird im Allgemeinen als das Verhältnis der optischen Eingangsleistung zur optischen Ausgangsleistung definiert. Wie der Name schon sagt, ist die optische Eingangsleistung die vom optischen Transceiver in das optische Kabel eingespeiste Leistung und die optische Ausgangsleistung die vom Transceiver am anderen Ende des Kabels empfangene Leistung. Die Einheit der Dämpfung wird als dB/km beschrieben.

 

Absorption ist eine der Hauptursachen für optische Dämpfung. Dies ist definiert als die optische Leistung, die durch die Umwandlung der optischen Leistung in eine andere Form verloren geht. Die Absorption wird typischerweise durch Restwasserdämpfe verursacht. Im Allgemeinen wird die Absorption durch zwei Faktoren definiert:

 

Unvollkommenheit in der atomaren Struktur des Fasermaterials

Die extrinsischen und intrinsischen Eigenschaften des Fasermaterials, die das Vorhandensein von Verunreinigungen im Fasermaterial darstellen

Die extrinsische Absorption wird durch Verunreinigungen wie Spurenmetalle, Eisen und Chrom verursacht, die während des Herstellungsprozesses in die Faser eingebracht werden. Diese Spurenmetalle verursachen während des Umwandlungsprozesses einen Leistungsverlust, wenn sie von einem Energieniveau in ein anderes übergehen.

Die Eigenabsorption wird durch die Grundeigenschaften des Fasermaterials verursacht. Wenn das optische Fasermaterial rein ist, ohne Verunreinigungen und Unvollkommenheiten, dann wäre die gesamte Absorption intrinsisch. Beispielsweise wird Quarzglas in der Faseroptik aufgrund seiner geringen Eigenabsorption bei bestimmten Wellenlängen im Bereich von 700 nm bis 1600 nm verwendet.

Streuverluste entstehen durch Dichteschwankungen in der Faser selbst. Diese entstehen während des Herstellungsprozesses. Streuung entsteht, wenn das optische Licht auf verschiedene Moleküle im Kabel trifft und dort hin und her springt. Die Streuung hängt stark von der Wellenlänge des optischen Lichts ab. Es gibt zwei Arten von Streuverlusten in optischen Fasern:

 

Rayleigh-Streuung – diese Streuung tritt bei kommerziellen Fasern auf, die bei Wellenlängen von 700–1600 nm betrieben werden. Rayleigh-Streuung tritt auf, wenn die Größe der Dichteschwankung weniger als 1/10 der Betriebswellenlänge beträgt.

Mie-Streuung – diese Streuung tritt auf, wenn die Größe der Dichteschwankung größer als 1/10 der Betriebswellenlänge ist.

Auch das Biegen des Glasfaserkabels führt zu einer Dämpfung. Der Biegeverlust wird in Mikrobiegungen und Makrobiegungen eingeteilt:

 

Mikrobiegungen sind kleine mikroskopische Biegungen in der Faser, die am häufigsten auftreten, wenn die Faser verkabelt wird

Makrobögen hingegen sind Bögen, die im Verhältnis zum Kabeldurchmesser einen großen Krümmungsradius aufweisen.

Eine weitere Art optischer Leistungsverluste ist die optische Dispersion. Die optische Dispersion stellt die zeitliche Ausbreitung des Lichtsignals dar. Es gibt zwei Arten der optischen Dispersion:

 

Chromatische Dispersion, bei der es sich um eine Ausbreitung des Lichtsignals aufgrund der unterschiedlichen Geschwindigkeiten der Lichtstrahlen handelt

Modale Dispersion, bei der es sich um eine Ausbreitung des Lichtsignals aufgrund der unterschiedlichen Ausbreitungsmodi der Faser handelt

Die modale Dispersion begrenzt am häufigsten die maximale Bitrate und Verbindungslänge in Multimode-Fasern. Die chromatische Dispersion ist der Hauptverursacher der Dämpfung in Singlemode-Fasern.

 

Vor diesem Hintergrund sollten wir immer die mögliche Dämpfung der Fasern für de berücksichtigen, testen und berechnenBereitstellung eines stabilen Netzwerks, das für zukünftige Upgrades geeignet ist.