Glasfaserkabel

Glasfaserkabel (oder auch Lichtwellenleiter, LWL) sind flexible Leitungen aus Glasfaser oder Kunststoff, in denen Licht geleitet werden kann. Sogar um Kurven! Physikalisch gesehen handelt es sich dabei um Hohlleiter. Die Glasfaserkabel bestehen aus hochtransparenten Glasfasern, die mit einem niedrigbrechenderem Glas ummantelt sind.

Lichtstrahlen, die an einem Ende der Faser eingespeist werden, werden durch Totalreflexion innerhalb der einzelnen Fasern weitergeleitet. Dabei ist unter Licht nicht nur das sichtbare Licht, sondern auch langwelligeres Infrarot- und kurzwelligeres Ultraviolettlicht zu verstehen, das je nach Material auch durch die Glasfasern übertragen werden kann. Eine untere Grenze der Wellenlänge ist bei etwa 250 nm; Ultraviolettstrahlung kürzerer Wellenlänge verursacht Defekte im Glas (Solarisation), die es auf Dauer undurchsichtig machen.

Aufbau

Die Faser besteht aus einem Kern (Core), einem Mantel (Cladding) und einer Beschichtung (Primär Coating). Der lichtführende Kern dient zum Übertragen des Signals. Der Mantel ist auch lichtführend, hat jedoch eine niedrige Brechzahl. Der Mantel bewirkt dadurch eine Totalreflexion und somit eine Führung der Strahlung im LWL-Kern. Die Beschichtung ist ein Schutz vor mechanischen Beschädigungen und normalerweise zwischen 150 und 500 µm dicke Lackierung, die die Faser vor feuchter Atmosphäre schützt.

Bei Gradientenindexfasern nimmt die Brechzahl in radialer Richtung nach außen hin kontinuierlich ab. Im Gegensatz dazu steht die Stufenindexfaser, bei welcher die Brechzahl vom Kern- zum Mantelglas hin sich abrupt ändert. Erzeugt wird die Brechzahländerung durch gezielte Ablagerung von Germanium-Schichten auf der Preform, aus der die Glasfaser gezogen wird.

50/125µm Multimodekabel mit SC-Duplex-Steckern

Die Unterscheidung zwischen Gradientenindexfasern und Stufenindexfasern findet man nur bei so genannten Multimode-Fasern. Deren Gegenpart, die Singlemode-Faser gibt es nur als Stufenindexfaser.

Multimode-Fasern haben einen inneren Core-Durchmesser von 62,5 µm bzw. die feineren Ausführungen von nur 50 µm. Der äußere Durchmesser der Faser beträgt bei beiden Ausführungen jedoch fast immer 125 µm. Die Singlemode-Faser, die teilweise auch als Monomode-Faser bezeichnet wird, hat meistens einen Core-Durchmesser von nur noch 9 µm, der äußere Durchmesser beträgt jedoch auch hier 125 µm. Die eigentliche Übertragung der Information erfolgt im "Core" der Faser.

Anwendung

Glasfaserkabel werden in der Nachrichtentechnik zur Informationsübertragung über weite Strecken mit hoher Bandbreite verwendet. Mit Singlemode-Fasern können Strecken bis ca. 400 km ohne Regeneration überbrückt werden. In der Datenverarbeitung kommen Glasfaserkabel heute fast bei jedem Netzwerk-Standard zum Einsatz. Ein Standard für lokale Computernetze, der auf Glasfaserkabeln aufbaut, ist z. B. das Fiber Distributed Data Interface (FDDI). Im Weitverkehrsbereich sind Glasfaserkabel insbesondere in der Verwendung als interkontinentale Seekabel ein enormer Fortschritt. Glasfaserkabel werden auch bei Anlagen der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung eingesetzt, um Steuersignale zu den auf Hochspannungspotential befindlichen Thyristoren zu übertragen. Es ist sogar möglich, die Stromrichterthyristoren direkt über die in der Glasfaser übertragenen Lichtpulse zu zünden.

Vor- und Nachteile

• Vorteile
  • Hohe Übertragungsraten (Gigabit-Bereich)
  • große Reichweiten durch geringe Dämpfung
  • kein Nebensprechen (ungewollter Signalübertritt auf benachbarte Adern)
  • Keine Beeinflussung durch äußere elektrische oder elektromagnetische Störfelder
  • Keine Erdung nötig
  • Verlegbarkeit in explosionsgefährdetem Umfeld (keine Funkenbildung)
  • Im Primär bzw. Sekundärbereich meist kostengünstiger durch nicht notwendige Erdung, Potentialausgleich, Abschirmung und Überspannungsschutz.
  • Möglichkeit zur Signalübermittlung an auf Hochspannungspotential liegenden Komponenten, zum Beispiel bei Anlagen der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung.

• Nachteile
  • Hoher Konfektionsaufwand (Installation über Spezialfirma)
  • Schwachstelle Steckertechnologie
  • Relativ empfindlich gegenüber mechanischer Belastung
  • Teuere Gerätetechnik

Abhörmethoden

• Splice-Methode - Die Glasfaser wird aufgetrennt und ein entsprechendes Gerät dazwischengeschaltet, welches die Signale auf eine zweite Glasfaser überträgt. Im Zeitraum der Zwischenschaltung ist die Verbindung unterbrochen, dies kann relativ einfach entdeckt werden.

• Coupler-Methode - Wird eine Glasfaser gebogen, folgt das durchströmende Licht grösstenteils der Biegung (bending). Ein Teil des Lichtes strahlt aus der Faser heraus, schon 2% des Lichtsignals enthalten alle übertragenen Informationen. Aufgrund der unvermeidlichen Dämpfung grundsätzlich nachweisbar.

• Non-touching Methode - Empfindliche Photodetektoren fangen die minimalen Lichtmengen auf, die auf natürliche Weise seitlich aus dem Kabel strahlen (sog. Rayleigh-Streuung). Das Signal wird dann bis zu einer brauchbaren Intensität verstärkt. Weder die Leitung noch das Signal wird dabei gedämpft. Die Deutsche Telekom hat sich eine ähnliche Methode patentieren lassen, mit der sich Signale aus einer Glasfaser ohne messbare Beeinflussung und insbesondere ohne Dämpfung der Glasfaser auffangen lassen (Patent EP 0 915 3566 A1).

Normen

Die Lichtwellenleiter sind nach DIN 47002 und VDE 0888-2 genormt.

Siehe auch

Leitungsgebundene Telekommunikationsverfahren

Weblinks

Glasfaserinfo.de
Die Welt: Glasfaserkabel sind nicht abhörsicher