Was sind Lichtwellenleiter (LWL)?

Wir sind daran gewöhnt, dass Informationen auf unterschiedliche Art und Weise vom Sender zum Empfänger gelangen. Bei einem Festnetztelefon trägt ein Kupferkabel unserer Stimme bis zum Empfänger. Drahtlose Telefone arbeiten etwas anders. Hier werden die Informationen mittels Radiowellen unsichtbar zum Empfänger geleitet. Doch es gibt noch eine andere Art der Informationsübertragung. Lichtwellenleiter aus Fiberglas senden Licht mit kodierten Informationen durch ein Glas- oder Kunststoffrohr. Um einmal um die Welt zu reisen, brauchen die Informationen nur eine siebtel Sekunde.

Was ist ein Lichtwellenleiter (LWL)?

In den 1950er-Jahren entwickelten Ingenieure Endoskope, um in den menschlichen Körper sehen zu können ohne ihn aufschneiden zu müssen. Etwa zehn Jahre später wurde die gleiche Technologie verwendet, um Telefonanrufe mit Lichtgeschwindigkeit zu übertragen. Im Vakuum beträgt die Lichtgeschwindigkeit normalerweise 300.000 km pro Sekunde, in einem Glasfaserkabel verlangsamt sich diese Geschwindigkeit auf etwa zwei Drittel des Wertes.

Ein Lichtwellenleiter besteht aus unglaublich dünnen Glas- oder Kunststoffsträngen, die optische Fasern genannt werden. Ein Kabel kann aus zwei oder mehreren hundert Strängen bestehen. Jeder Strang ist weniger als ein Zehntel so dick, wie ein menschliches Haar und kann etwa 25.000 Telefongespräche übertragen. Durch ein Glasfaserkabel lassen sich gleichzeitig mehrere Millionen Anrufe übertragen.

Wie funktionieren Lichtwellenleiter?

Glasfaserkabel übertragen Informationen zwischen zwei Orten durch eine optische Technologie. Meistens ist ein Laser an einen Computer angeschlossen, der die elektrischen Informationen in optische (lichtbasierte) Impulse umwandelt. Die Lichtimpulse werden über einen Lichtwellenleiter geschickt, auf der Empfängerseite durch eine Fotozelle aufgefangen und wieder in elektrische Informationen verwandelt, die ein Computer versteht.

Licht läuft durch einen Lichtwellenleiter, indem es wiederholt an den Wänden reflektiert wird. Auf diese Weise wird jedes winzige Photon (Lichtteilchen) durch das Glasfaserkabel geleitet. Der Lichtstrahl tritt nicht etwa an den Kanten aus. Wenn Licht in einem flachen Winkel (weniger als 42 Grad) auf Glas trifft, wird es reflektiert und weitergeleitet. Dieses Phänomen wird Totalreflexion genannt und ist der Grund, warum das Licht die Faser nicht verlässt. Die Lichtwellenleiter sind außerdem dünn genug, um sich zu biegen so dass sich die Lichtsignale auch auf gekrümmten Pfaden bewegen können.

Welche Arten von Lichtwellenleiter gibt es?

Optische Fasern leiten Lichtsignale in sogenannten Modi weiter. Das klingt sehr technisch, bedeutet aber nur, dass die Signale auf unterschiedliche Arten durch das Kabel geschickt werden. Ein Modus ist einfach der Weg, den ein Lichtstrahl durch die Faser zurücklegt. Der Weg kann direkt durch die Mitte der Faser gehen oder in einem flachen Winkel am Rand reflektiert zu werden.

Die einfachste Art von Lichtwellenleiter wird Singlemode genannt. Er besteht aus einem sehr dünnen Kern von etwa 5-10 Mikron (Millionstel Meter) Durchmesser. In einer Singlemode-Faser laufen alle Signale gerade in der Mitte, ohne von den Kanten reflektiert zu werden. Kabel-TV-, Internet- und Telefonsignale werden im Allgemeinen von Singlemode-Fasern übertragen. Die Kabel werden zu Bündel zusammengefasst und können Informationen über 100 km senden.

Eine andere Art von Glasfaserkabel wird Multimode-Kabel genannt. Jede optische Faser in einem Multimode-Kabel ist etwa 10 Mal größer als eine in einem Singlemode-Kabel. Dies bedeutet, dass Lichtstrahlen durch den Kern wandern können, indem sie einer Vielzahl unterschiedlicher Pfade (Modi) folgen. Multimode-Kabel können Informationen nur über relativ kurze Entfernungen senden und werden unter anderem dazu verwendet, Computernetzwerke miteinander zu verbinden.

Die Verwendung von Glasfaserkabeln

Lichtstrahlen können viele Arten von Informationen übertragen deshalb sind Glasfaserkabel heute alltäglich geworden. Wir bemerken sie nicht, weil sie unsichtbar in Kabelkanälen in den Büroetagen oder unter der Stadt verlegt sind. Heute wird diese Technologie hauptsächlich für Computer-Netzwerke, TV und Rundfunk sowie in medizinischen und militärischen Geräten verwendet.

Glasfaserkabel sind heute die wichtigsten Medien, um Informationen über lange Entfernungen zu übertragen. Gegenüber alten Kupferkabeln haben Lichtwellenleiter drei große Vorteile:

• Weniger Dämpfung (Signalverlust): Die Informationen laufen ungefähr 10-mal weiter, bevor sie verstärkt werden müssen. Dadurch werden Glasfasernetzwerke einfacher und kostengünstiger zu betreiben und zu warten.
• Keine Interferenzen: Im Gegensatz zu Kupferkabeln gibt es kein “Übersprechen” (elektromagnetische Interferenz) zwischen optischen Fasern, so dass sie Informationen mit besserer Signalqualität und zuverlässiger übertragen werden.
• Höhere Bandbreite: Glasfaserkabel können weitaus mehr Daten übertragen als Kupferkabel mit demselben Durchmesser.

Das erste transatlantische Glasfaserkabel (TAT8) wurde 1988 zwischen den Vereinigten Staaten, Frankreich und Großbritannien verlegt. Derzeit sind etwa 450 faseroptische Seekabel in den Weltmeeren in Betrieb, die sich insgesamt über 1,2 Millionen Kilometer erstrecken.

Aber es sind nicht nur allgemeine Internetdaten, die über Glasfaserleitungen laufen. Computer wurden früher über Fernverbindungen über Telefonleitungen oder über kürzere Distanzen (Ethernet) über Kupferkabel miteinander verbunden. Heute ist das Glasfaserkabel die bevorzugte Methode zur Vernetzung von Computern. Lichtwellenleiter sind kostengünstig, sicher, zuverlässig und haben eine wesentlich höhere Kapazität. Anstatt seine Büros über das öffentliche Internet zu verbinden, ist es durchaus üblich, dass Unternehmen ihr eigenes Glasfasernetz aufbauen oder Kapazitäten in einem kommerziellen Glasfasernetz kaufen. Viele private Computernetzwerke laufen auf der sogenannten Dark Fiber, die nichts weiter als ungenutzte Kapazitäten in einem optischen Netzwerk sind, die darauf warten, genutzt zu werden.

Viel weniger offensichtlich ist, dass auch die High-Tech-Streitkräfte der Welt auf die gleiche Weise miteinander verbunden sind. Auch im militärischen Bereich sind Glasfaserkabel kostengünstig, kapazitätsstark, robust gegen Angriffe und extrem sicher. Sie bieten daher perfekte Möglichkeiten, Militärbasen und andere Einrichtungen wie Raketenabschussorte und Radarverfolgungsstationen miteinander zu verbinden.

Fibre to the Home (FTTH) und andere Glasfasernetzwerke

Während die meisten Glasfaserleitungen zur Unterstützung von Fernverbindungen zwischen Städten und Ländern installiert sind, haben einige Internetanbieter in Wohngebieten investiert, um ihre Glasfasernetze in Stadtrandsiedlungen für den direkten Zugang der Haushalte zu verlegen. Anbieter und Branchenprofis nennen dieses “Last Mile” -Installationen. Diese Dienste können jedem Haushalt mit einer Übertragungsrate von einem Gigabit pro Sekunde (1 Gbps) versorgen. Es werden jedoch auch Leitungen mit geringerer Kapazität angeboten.