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    Der Glasfaserkabel-Ratgeber

    Glasfaserkabel sind das Rückgrat der heutigen Informationsgesellschaft. Dieser Leitfaden befasst sich mit dessen Eigenschaften sowie Vor- und Nachteilen und beschreibt, welche Arten von Kabeln es gibt.

    Glasfaserkabel

    Glasfasern, auch Lichtwellenleiter genannt, sind biegsame Fäden aus transparenten Materialien, die zur Übertragung von Licht verwendet werden. Sie sind nur wenige Mikrometer dick (10-6 m), können aber eine Länge von mehreren Kilometern erreichen. Die häufigste Anwendung von Glasfasern ist die Datenübertragung. Die meisten Glasfaserkabel haben Übertragungskapazitäten zwischen 10 und 40 GBits/s. Es gibt jedoch mehrere Anwendungen, bei denen höhere Übertragungsraten erforderlich sind, sodass einige Telekommunikationsunternehmen bereits Kabel mit einer Länge von über 7000 km entwickelt haben, die bis zu 15,5 Tbits/s (Terabits/s - 1015 Bits/s) übertragen können. Man schätzt, dass Glasfaserkabel dieser Art bis zu 3.000.000 gleichzeitige Telefongespräche oder bis zu 90.000 Fernsehkanäle übertragen können. Weil optische Fasern Licht in mehrere Farben oder Wellenlängen übertragen (Multiplexing), können gleichzeitig mehr Informationen über eine einzige Glasfaser übertragen werden, z. B. Internet-, Telefon- und Fernsehdaten, was mit herkömmlichen Kabeln nicht möglich ist. Glasfaserkabel werden auch eingesetzt, um Bilder von schwer zugänglichen Stellen zu erhalten, da das Licht in ihnen über große Entfernungen reflektiert werden kann. Außerdem werden sie in Sensoren eingesetzt, die kleinste Veränderungen von Temperatur, Form, Lichtfrequenz usw. erfassen können.

    Der Aufbau eines Glasfaserkabels

    Das gebräuchlichste Material für den Aufbau von Glasfasern ist Siliziumdioxid, die gängige Bezeichnung für Siliziumoxid (SiO₂). Je nach gewünschter Anwendung können jedoch auch andere Materialien verwendet werden, z. B. aus Fluor gewonnene Gläser und einige Elemente aus der Familie der Chalkogenide, etwa Schwefel. Vereinfacht gesagt, bestehen optische Fasern aus dielektrischem Material, Glas oder Kunststoff. Sie haben eine zylindrische, längliche, transparente und biegsame Form, deren Abmessungen in etwa denen einer Haarsträhne entsprechen. Der zentrale Bereich wird als Kern bezeichnet und der Bereich, der den Kern umgibt, als Hülle.

    Die Schale und der Kern haben unterschiedliche Dichten. Diese charakteristischen Dichten werden als Brechungsindex bezeichnet. Dieser Unterschied ist notwendig, um die Bedingung des Einschlusses und der Ausbreitung von Licht mithilfe verschiedener dielektrischer Materialien zu erfüllen. Der Brechungsindex des Kerns ist immer höher als der des Mantels, sodass das Licht eingeschlossen wird. Die hier behandelten Fasern bestehen aus Silica (SiO₂). Die Hauptaufgabe des Kerns ist es, das Licht weiterzuleiten, das durch die Hülle eingeschlossen wird. Optische Fasern können eine einfache oder doppelte Hülle haben, wobei letztere am besten geeignet ist, da sie eine größere Begrenzung und geringere Verluste aufweist.

    Die Zusammensetzung der Glasfaser mit einem Material, dessen Brechungsindex etwas niedriger ist als der des Kerns, schafft die Voraussetzungen für die Ausbreitung der Lichtenergie durch den Kern. Die optische Faser überträgt das Licht durch aufeinanderfolgende Reflexionen. Die Übertragungskapazität (Bandbreite) eines Glasfaserkabels ist eine Funktion seiner Länge, seiner Geometrie und seines Brechungsindex-Profils.

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    Arten von Glasfaserkabeln

    Für die Datenübertragung gibt es zwei Arten von Glasfaserkabeln: Monomode (SM) und Multimode (MM). Der Hauptunterschied zwischen den beiden Typen ist die Richtung, in der das Signal übertragen wird. Bei Monomode-Glasfasern durchläuft das Licht einen einzigen Weg durch den inneren Kern, um von einer Seite zur anderen zu gelangen, während bei Multimode-Glasfasern das Licht auf mehreren Wegen übertragen wird.

    Die Singlemode-Faser kann eine Wellenlänge von 1.310 oder 1.550 Nanometern haben und ist damit leistungsfähiger als die Multimode-Faser, die eine Wellenlänge von 850 Nanometern hat. Der Kern der Singlemode-Faser ist schmaler (8 und 10 Mikrometer), während die Multimode-Faser etwa 62,5 Mikrometer misst. Beide sind jedoch in einem 125 Mikrometer großen Mantel untergebracht.

    Die Singlemode-Faser hat eine Reichweite von bis zu vier km. Sie ermöglicht es dem Licht, sich innerhalb des Kerns auf einem einzigen Weg ohne Reflexion fortzubewegen, wodurch es große Entfernungen erreichen kann. Da sie eine geringere Dispersion aufweist, kann sie eine höhere Bandbreite erreichen, was zu einer höheren Signalqualität und weniger Störungen bei den übertragenen Daten führt. Allerdings sind die Kosten für Monomode-Fasern auch höher, vor allem weil sie auf Laserdioden als Lichtquelle angewiesen sind. Diese bieten eine viel bessere Leistung als LEDs, sind aber auch teurer.

    Die Reichweite von Multimode-Fasern beträgt bis zu 2 km. Sie hat auch eine niedrigere Höchstgrenze und geringere Übertragungsraten. Da der Kern viel größer ist, hat das Licht mehr Platz, um die Faser zu durchdringen, und breitet sich weniger linear und daher in mehrere Richtungen aus. So können mehrere Lichtstrahlen gleichzeitig gesendet werden. Für diese Art von Glasfasern werden normalerweise Lichtquellen mit geringerer Intensität verwendet, z. B. Leuchtdioden (LED).

    Vorteile von Glasfasern

    • Übertragungsgeschwindigkeit: Die meisten weltweit verwendeten Glasfaserkabel sind in der Lage, 40 Gbit/s (Gigabit pro Sekunde - 109 Bits/s) zu übertragen. Es gibt jedoch auch Technologien, die bis zu 1 Pbit/s (Petabit pro Sekunde - 1015 Bits/s) übertragen können.
    • Widerstandsfähigkeit gegen elektromagnetische Störungen: Glasfaserkabel bestehen aus dielektrischen Materialien, und die Ausbreitung des Lichts innerhalb dieser Materialien wird nicht durch externe elektromagnetische Wellen gestört.
    • Geringe Signalabschwächung: Im Gegensatz zu Leiterkabeln können Glasfaserkabel Informationen mit geringen Verlusten übertragen: etwa 0,2 dB/km (0,2 Dezibel – Einheit der Intensität der von der Welle übertragenen Energie).
    • Kosten: Glasfaserkabel sind billiger als Kupferleiterkabel.
    • Nutzungsdauer: Diese Kabel haben eine sehr lange Lebensdauer, die auf über 100 Jahre Dauerbetrieb geschätzt wird.
    • Platzbedarf: Aufgrund der Datenübertragungsrate nehmen Glasfaserkabel viel weniger Platz ein als herkömmliche Kabel.

    Nachteile von Glasfasern

    • Anwendung: Glasfaserkabel werden unter die Erde verlegt oder sind immer mit dem Boden verbunden.
    • Anfälligkeit: Im Vergleich sind Glasfaserkabel extrem empfindlich und brüchig, sie sind auch nicht formbar und können daher nur geradlinig verlegt werden.
    • Entfernungen: Obwohl sie nur wenig Licht absorbieren, benötigen Glasfaserkabel, die große Entfernungen zurücklegen, wie. Unterseekabel, viele Signalverstärker, um Lichtintensität-Verluste auszugleichen.

    Wie verlegt man Glasfaserkabel?

    Die Verlegung erfolgt nicht dem einfachen „Plug-and-play“-Prinzip. Sie umfasst eine Reihe von Verfahren, die, wenn sie genau befolgt werden, mit der erforderlichen Sicherheit durchgeführt werden können. Zunächst muss festgelegt werden, welcher Kabeltyp (Singlemode oder Multimode) und welcher Steckverbinder verwendet werden soll.

    Ein weiterer Punkt, der zu beachten ist, sind die Antennenstützen, die in einem Abstand von höchstens 91 cm angebracht werden müssen. Alle Rohre, durch die ein Kabel geführt wird, müssen schmal genug sein, damit es gut befestigt werden kann. Gleichzeitig müssen sie breit genug sein, um keinen Druck auf das Kabel auszuüben, da dies die Faser schädigen oder sogar brechen könnte.

    Bei den Sendern und Empfängern ist zu beachten, dass sie so positioniert werden müssen, dass sie bei hoher Netzauslastung nicht überlastet werden. Ein Glasfasersender hat im Vergleich zum maximalen Eingangspegel von optischen Empfängern eine hohe Ausgangsleistung. In diesem Zusammenhang kann ein optisches Dämpfungsglied eingesetzt werden, das die Leistung von Kurzstreckenverbindungen verringert, um eine Überlastung zu vermeiden.

    Fazit: Glasfaserkabel

    Glasfaserkabel sind aus der heutigen Welt nicht mehr wegzudenken. Sie ermöglichen den Austausch von Daten aller Art in Echtzeit, und sie werden immer schneller und belastbarer. Dieser Leitfaden erklärt, worauf man bei einem Kabel achten muss und wie man es verlegt. Entdecken Sie Glasfaserkabel in unserer Produktwelt und finden Sie alle Kabel und Zubehörteile, die Sie benötigen.