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Was ist Glasfaser?

Dieser Artikel handelt über Glasfaser und deren technischen Details.


Autor: Johann Nebel (John000)
Datum: 03-03-2003, 08:39:32
Referenzen: keine
Schwierigkeit: Profis
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Aufbau

Mit der Erfindung des Lasers und mit der Entwicklung von Glasfasern als Transport-mittel für das vom Laser erzeugte Licht entstand die Möglichkeit, Nachrichtensignale über weite Strecken zu überaus günstigen Bedingungen über sogenannte Glasfaserkabel zu übertragen. Die LWL ersetzen zum Großteil bereits die koaxialen Leitungen. Über eine Glasfaser mit einem Durchmesser von einem hundertstel Millimeter können einige tausend Gespräche gleichzeitig geführt werden.

Abschlusseinrichtungen

In den OES-Ämtern werden die LWL-Außenkabel an den Steckbaugruppen abgeschlossen. In einem Baugruppenträger können bis zu 12 Steckbaugruppen (STB) eingeschoben werden. Die Baugruppenträger (BGT) werden in einem Fernmeldeschrank befestigt.

An der Vorderseite (Steckfeld, Patchfeld) der STB befinden sich die LWL-Kupplungen, an denen die LWL-Verbindungskabel (Patchkabel) zu den übertragungstechnischen Einrichtungen angesteckt bzw. Leitungsdurchschaltungen durchgeführt werden.

LWL-Endverzweiger

Sie sind für die Innenraum-Wandmontage bestimmt und bestehen aus einem Kunststoffgehäuse, einer herausnehmbaren Grundplatte und je nach Erfordernis, 1-2 Spleißkassetten.

Die Einführungsseite hat 1 oder 2 Ausnehmungen für die Aufnahme der LWL-Kabel, an der Frontseite sind die Ausnehmungen für die LWL-Kupplungen.

Muffen für LWL

Sie sind mechanische Kunststoffmuffen und bestehen aus einem Ober- und Unterteil und einem herausnehmbaren Montageeinsatz zur Befestigung aller Kabelaufbau-elemente, sowie zur Unterbringung von max. 6 Spleißkassetten.

LWL-Kunststoffmuffen sind für die Verlegung im Erdreich, in Kabelschächten, auf Masten und für die Innenraummontage geeignet. Bei der direkten Verlegung im Erdreich wird die LWL-Muffe in einen Schutzmuffe eingebaut. Die Schutzmuffe ist nach dem Verschrauben dicht, somit kann die LWL-Muffe bzw. die LWL-Reservelänge nicht verschlammen.

Aufbau einer Glasfaser

Wie wenig durchsichtig normales Fensterglas ist, lässt sich beim Einblick von der Seite in eine Scheibe erkennen. In einer aus Fensterglas gefertigten Glasfaser würde die Lichtschwächung etwa 50.000 dB/km betragen. Durch die Verwendung von hochreinem Quarzglas werden jedoch Werte von 0,2 dB/km erreicht.

Die Faser besteht aus

- dem Kernglas (core)
- dem Mantelglas (...)
- und der Beschichtung (primär coating).

Der Kern ist der Bereich eines LWL, der zur Lichtführung dient. Diese Wellenführung im Kern ist nur deshalb möglich, weil die Kernbrechzahl (Kn) 1-2 % größer ist als die Mantelbrechzahl (Mn), (Kn 1,5 minus 2% = 1,47Mn) und an dieser Grenzschicht (Kern/Mantel) die Moden durch fortwährende Totalreflektion im Kern bis zum Fase-rende gebunden bleiben.

Unmittelbar bei der Herstellung wird eine Beschichtung auf das Mantelglas aufgebracht, sie kann aus einer oder mehreren Kunststoffschichten bestehen. Sie ist eine erste mechanische Schutzschicht, und kann farbig ausgeführt sein (Faserkennzeichnungen).

Die Beschichtung lässt sich leicht und rückstandslos für Verbindungszwecke der Fasern entfernen.

Bei den Glasfasertypen unterscheidet man zwischen

- Stufenprofil-Faser
- Gradientenprofil-Faser.

Bei der Stufenfaser ist die Brechzahl des Kernglases konstant und ändert sich an der Grenzfläche Kern/Mantel stufenartig. Sie wird unterteilt in:

- Multimode-Stufenfaser
- Monomodefaser (Simplemodefaser).

Eigenschaften von Monomode-, Multimode,- Gradientenfasern

Monomodefasern

(Singlemodefaser) ist eine Einmodefaser mit einem Kerndurchmesser von 10 µm (0,01mm). Bei der Singlemodefaser ist der Kerndurchmesser gegenüber der Multimodefaser so stark vermindert, dass nur noch die Grundemoden (praktische axiale Strahlen) transportiert werden. Dadurch fällt die Signalverzerrung durch die Impulsverbreiterung (Dispersion) weg, die sich bei der Multimodefaser aufgrund der Laufzeitunterschiede der einzelnen Lichtstrahlen ergibt, das ist aufgrund seiner hohen Bandbreite für große Übertragungsstrecken geeignet und wird besonders im Weitverkehrsnetz eingesetzt. Der Nachteil ist der kleine Kerndurchmesser, der das Spleißen der Fasern erschwert und in den sich nur mit Lichtquellen sehr hoher Strahldichte (Laserdiode) ausreichende Lichtleistungen einkoppeln lassen.

Multimode-Stufenfasern

Ist eine Mehrmodenfaser mit einem Kerndurchmesser von 100 µm (0,1mm). Durch den "großen" Kerndurchmesser werden bei einem kurzen Lichtimpuls, der auf den Eingang des LWL gegeben wird, einige Moden (Lichtstrahlen) unter verschiedenen Winkeln in den Faserkern eingekoppelt. Da diese unter verschiedenen Winkeln eingekoppelte Moden stark unterschiedlich lange Laufzeiten haben, verbreitet sich der schmale Eingangsimpuls zu einem breiten Ausgangsimpuls. Durch die Impulsverbreitung (Dispersion) von 2 bis 100 ns/km bei Bandbreite von 10 bis 100 MHz/km wird eine große Signalverzerrung hervorgerufen, dass bedeutet kurze Übertragungsstrecken mit niedriger Übertragungsbreite. Die Vorteile sind die einfache Handhabung bei Kopplungen von Fasern untereinander und von Fasern mit Sender und Empfänger. Durch den großen Kerndurchmesser ist es einfach, eine relativ große Lichtleistung in die Faser einzukoppeln.

Gradienten-Profilfaser

Sie ist eine Mehrmodenfaser mit einem Kerndurchmesser von 5 µm (0,05mm). Ein dritter LWL-Typ zwischen Multimode-Stufenfaser mit kleiner Bandbreite und Single-mode-Faser mit kleinem Kerndurchmesser ist die Gradienten-Profilfaser. Die Bruchzahl zwischen Kern und Mantel ändert sich dabei nicht abrupt an der Grenzfläche, sondern nimmt von der Kernmitte zum Mantel hin kontinuierlich ab. Die Moden werden hier nicht an einer Grenzfläche total reflektiert, sondern an mehreren Grenzflächen nach und nach gebeugt. Die Lichtstrahlen verlaufen nicht mehr Zickzack, sondern sinusförmig um die Faserachse. Die im äußeren Kernbereich ausbreitenden Moden haben wegen der geringen optischen Dichte eine höhere Ausbreitungsgeschwindigkeit als die Moden im Nahbereich der Kernmitte. Das führt zu einem weitgehenden Laufzeitausgleich der Moden und damit nur zu einer geringfügigen Impulsverbreiterung von 0,5 ns/km bei Bandbreite von 1-24 Hz/km. Der Gradientenprofil-LWL ist für größere Übertragungsstrecken geeignet und wird so wie der Single-mode-LWL im Telekomnetz eingesetzt.


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