So funktioniert die Glasfaserübertragung

Lichtstrahlen werden mit einem Laser oder einer LED in digitale Impulse moduliert und bewegen sich entlang des Kerns, ohne den Mantel zu durchdringen. Das Licht bleibt im Kern beschränkt, da der Mantel einen niedrigeren Brechungsindex aufweist, der die Fähigkeit eines Materials zur Lichtbrechung angibt.

 

Dies führt zum Phänomen der Totalreflexion (TIR). Dieses Phänomen tritt auf, wenn eine sich ausbreitende Welle in einem größeren Winkel als dem kritischen Winkel der Faser auf eine Grenze zwischen zwei Medien (in diesem Fall Kern und Mantel) trifft. Ist der Brechungsindex auf der anderen Seite der Grenze (dem Mantel) niedriger und der Einfallswinkel größer als der kritische Winkel, kann die Welle nicht durchdringen und wird vollständig reflektiert.

 

Die Signaldämpfung in einer Glasfaser wird in Dezibel (dB) gemessen. Die Spezifikationen von Glasfaserkabeln geben den Verlust als Dämpfung pro 1 km Länge (dB/km) an. Dieser Wert wird mit der Gesamtlänge der Glasfaser in Kilometern multipliziert, um den Gesamtverlust der Glasfaser in dB zu bestimmen.

 

Licht, das sich in einer Glasfaser bewegt, ist nicht hundertprozentig effizient; es gibt verschiedene Ursachen für die Signaldämpfung. Der Leistungsverlust hängt auch von der Wellenlänge des Lichts und dem Übertragungsmaterial ab. Bei Quarzglas werden die kürzeren Wellenlängen am stärksten gedämpft. Der geringste Verlust tritt bei der Wellenlänge 1550 nm auf, die üblicherweise für Fernübertragungen verwendet wird.

 

Faserbedingte Verluste: Lichtverluste in einer Faser, die während des Herstellungsprozesses nicht vermieden werden können, sind auf Verunreinigungen im Glas und die Lichtabsorption auf molekularer Ebene zurückzuführen. Lichtverluste aufgrund von Schwankungen der optischen Dichte, Zusammensetzung und Molekülstruktur werden als Rayleigh-Streuung bezeichnet. Lichtstrahlen, die auf diese Schwankungen und Verunreinigungen treffen, werden in viele Richtungen gestreut und gehen verloren.

 

Die Lichtabsorption auf molekularer Ebene in Glasfasern ist hauptsächlich auf Verunreinigungen im Glas, wie beispielsweise Wassermoleküle, zurückzuführen. Das Eindringen von Wassermolekülen in eine Glasfaser ist einer der Hauptfaktoren, die zur zunehmenden Dämpfung der Faser mit zunehmendem Alter beitragen. Die molekulare Resonanzabsorption von Quarzglas (SiO2) trägt ebenfalls zu einem gewissen Lichtverlust bei.

 

Verluste durch die Faserherstellung: Inkonsistenzen im Faserherstellungsprozess führen zu Lichtverlusten. Beispielsweise kann eine Änderung des Kerndurchmessers um 0,1 % zu einem Verlust von 10 dB pro Kilometer führen. Um Verluste zu minimieren, müssen während der gesamten Faserherstellung präzise Toleranzen eingehalten werden.