Lichtwellenleiter
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Lichtwellenleiter (Abk.: LWL, auch Lichtleiter genannt) sind flexible optische Medien aus Mineralglas (meist Kieselglas / Quarz(SiO2)) oder organischem Glas (Kunststoff), in denen Licht kontrolliert geleitet werden kann. Physikalisch gesehen handelt es sich dabei um dielektrische Wellenleiter.
Lichtwellenleiter kommen heute vor allem als Übertragungsmedium für leitungsgebundene Telekommunikationsverfahren (Glasfaserkabel), zur Übertragung von Energie (Lichtleitkabel z.B. für Laserstrahlung, UV-Licht und Beleuchtungszwecke) sowie in der Messtechnik (z. B. bei Infrarotthermometern und Spektrometern) zum Einsatz.
Zur Signalübertragung über kurze bis mittlere Entfernungen werden Lichtwellenleiter aus Polystyrol oder Polymethylmethacrylat verwendet.
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[Bearbeiten] Aufbau und Funktionsweise
Glasfaserkabel bestehen aus hochtransparenten Glasfasern (meist aus reinstem Kieselglas, chemisch Siliziumdioxid), die mit einem Glas niedrigerer Brechung ummantelt sind. Die Faser besteht aus einem Kern (Core), einem Mantel (Cladding) und einer Beschichtung (Coating oder Buffer). Der lichtführende Kern dient zum Übertragen des Signals. Der Mantel hat eine niedrigere optische Brechzahl als der Kern. Der Mantel bewirkt dadurch eine Totalreflexion an der Grenzschicht und somit eine Führung der Strahlung im Kern des Lichtwellenleiters. Dennoch tritt ein Teil der Lichtwelle auch im Mantel auf.
Die äußere Beschichtung ist ein Schutz vor mechanischen Beschädigungen und besteht meist aus einer 150 - 500 µm dicke Lackierung aus speziellem Kunststoff (meist Polyimid), die die Faser auch vor Feuchtigkeit schützt. Ohne die Beschichtung würden die auf der Faseroberfläche vorhandenen Mikrorisse zu einer erheblichen Verringerung der mechanischen Belastbarkeit führen.
[Bearbeiten] Arten
Bei Gradientenindexfasern nimmt die Brechzahl in radialer Richtung nach außen hin kontinuierlich ab. Im Gegensatz dazu steht die Stufenindexfaser, bei welcher sich die Brechzahl vom Kern- zum Mantelglas hin abrupt ändert. Erzeugt wird die Brechzahländerung beispielsweise durch gezielte Ablagerung von Germanium-Schichten auf der Preform, aus der die Glasfaser gezogen wird.
Die Unterscheidung zwischen Gradientenindexfasern und Stufenindexfasern findet man nur bei so genannten Multimode-Fasern. Deren Gegenpart, die Singlemode-Faser gibt es nur als Stufenindexfaser.
[Bearbeiten] Multimode
Hier sind viele einzelne Lichtwellen (Moden) an der Signalübertragung beteiligt.
Aufgrund mehrerer möglicher Lichtwege kommt es zu Signalbeeinflussungen (Laufzeitunterschiede), daher sind Multimode-Fasern zur Nachrichtenübertragung über große Distanzen bei hoher Bandbreite nicht geeignet.
Multimode-Fasern zur Nachrichtenübertragung haben einen inneren Core-Durchmesser von 62,5 µm (US-Standard) bzw. die feineren Ausführungen von nur 50 µm (EU-Standard). Der äußere Durchmesser der Faser beträgt bei beiden Ausführungen jedoch fast immer 125 µm (Bei den älteren Modellen 140 µm).
Sie sind äußerlich an der meist orangen Farbe der Ummantelung zu erkennen. Maximale Übertragungsreichweite bei Multimode beträgt bei 50 µm Core ca 550m und bei 62,5 µm Core ca 275m .
Auch die dickeren Lichtwellenleiter für Hochleistungs-Laser oder für Beleuchtungs- und Messzwecke sind vom Prinzip her Multimode-Fasern.
[Bearbeiten] Monomode oder Singlemode
Die Signalübertragung erfolgt hier über eine (mono, single) Lichtwelle (Mode).
Bei großen Distanzen und/oder Bandbreiten werden nur Standard-Singlemode-Fasern (SSMF) eingesetzt, da hierbei Signalverzerrungen ausschließlich aufgrund der chromatischen Dispersion, nicht jedoch - wie bei Multimode-Fasern - aufgrund unterschiedlicher Ausbreitungswege auftreten.
Die Singlemode-Faser, die teilweise auch als Monomode-Faser bezeichnet wird, hat meistens einen Core-Durchmesser von typischerweise 3 bis 9 µm, der äußere Durchmesser beträgt jedoch auch hier 125 µm. Die eigentliche Übertragung der Information erfolgt im Kern ("Core") der Faser.
Die bisher gebräuchlichsten Singlemode-Fasern sind für den Einsatz bei λ=1.310 nm oder λ=1.550 nm bestimmt, da bei dieser Wellenlänge die EDFAs (Erbium-doped Fiber Amplifier, Erbium-dotierte Faser-Verstärker) betrieben werden und, was jedoch weniger wichtig ist, das Dämpfungsminimum liegt. Zwar ist die Dispersion bei dieser Wellenlänge ungleich Null, dies ist aber nicht weiter schädlich, da es dispersionskompensierende Fasern gibt. Es ist sogar von Vorteil, dass die Dispersion ungleich Null ist, da sonst nichtlineare Effekte wie z.B. die Vier-Wellen-Mischung auftreten würden, welche das Signal erheblich stören. Zu beachten ist allerdings, dass dispersionskompensierende Fasern, die in sog. Dispersionskompensationsmodulen Anwendung finden, mit ihrer hohen Dämpfung das Powerbudget stark belasten können. Ein weiterer Vorteil dieser Wellenlänge ist, dass sich durch ein dynamisches Wechselspiel der dispersiven und optisch-nichtlinearen (Kerr-Effekt) Eigenschaften von Glasfaserkabeln gerade bei dieser Wellenlänge Solitonen erzeugen lassen. Die Wellenpakete (Lichtimpulse) können demnach weitestgehend unverfälscht übertragen werden.
Die Standard-Einmodenfaser hat ein Stufenprofil, bei dem der Kern etwas höher dotiert ist als der Mantel mit einem Brechzahlhub Δ von ca. 0,003.
Eine Weiterentwicklung der Standardsinglemode-Faser ist die sog. Low-Water-Peak-Faser (ITU-T G.652.C und G.652.D). Im Gegensatz zur SSMF können bei dieser Faser auch im Wellenlängenbereich zwischen 1310 und 1550 nm Daten übertragen werden, da bei diesen Fasern der sog. Wasserpeak herstellungsbedingt entfernt werden konnte. Bei einer SSMF ist dieser Wellenlängenbereich nicht nutzbar, da aufgrund von Absorbtionseffekten die Dämpfung hier ein lokales Maximum hat (etwa bei 1385 nm mit bis zu mehr als 1 dB/km).
Mit diesen Fasern wird das sog. E-Band (extended band) für die Datenübertragung geöffnet. Dieser Bereich wird überwiegend mit der CWDM-Technologie (Coarse Wavelength Division Multiplex oder Grobes Wellenlängenmultiplex) erschlossen, die es ermöglicht aufgrund der großen Kanalabstände auf sehr kostengünstige, ungekühlter Laser für die Übertragung zurückzugreifen.
Als Singlemode-Fasern für Weitverkehrsnetze wurden sog. Non-Zero-Dispersion-Fasern (ITU-T G.655.C) verwendet. Sie verbinden eine sehr geringe Dämpfung mit einer geringen Dispersion im sog. C-Band um 1550 nm. Somit ist es möglich längere Strecken ohne Dispersionkompension zu erreichen, als dies mit SSMF möglich ist.
[Bearbeiten] Anwendung in der Nachrichtenübertragung
Glasfaserkabel werden in der Nachrichtentechnik zur Informationsübertragung über weite Strecken mit hoher Bandbreite verwendet. Mit Singlemode-Fasern können Strecken bis 200km ohne Repeater (Regeneration, Zwischenverstärkung) überbrückt werden.
Als Aus- und Eingangsverstärker sowie Repeater werden mit Diodenlasern gepumpte Erbium-Faser-Verstärker (EDFA, Erbium Doped Fibre Amplifier) verwendet. Die Verstärkung erfolgt wie in einem Laser durch stimulierte Emission, jedoch ohne Rückkopplung.
In Datenübertragungsnetzen kommen Glasfaserkabel heute fast bei jedem Netzwerk-Standard zum Einsatz. Ein Standard für lokale Computernetze, der auf Glasfaserkabeln aufbaut, ist zum Beispiel das Fiber Distributed Data Interface (FDDI). Im Weitverkehrsbereich sind Glasfaserkabel insbesondere in der Verwendung als interkontinentale Seekabel ein enormer Fortschritt. Die Steuerung des Datenverkehrs über Glasfaserkabel ist in den HFC-Standards definiert.
Dark Fibre("dunkle Faser") ist eine LWL-Leitung, die unbeschaltet verkauft oder vermietet wird. Der Lichtwellenleiter ist dabei zwischen zwei Standorten Punkt zu Punkt durchgespleißt. Für die Übertragung und die Übertragungsgeräte ist der Käufer oder Mieter verantwortlich. Er bestimmt auch die Verwendung. Dieses Geschäftsmodell wird auch mit Carriers Carrier oder Wholesale Business bezeichnet. Da es sich um eine reine Infrastrukturleistung handelt, unterliegt dieser Vertrag nicht dem Telekommunikationsgesetz.
Um Erdarbeiten bei Störungen oder Erweiterungen möglichst zu umgehen, sind in den Kabeln redundante Fasern enthalten. Auch nicht genutzte Glasfaserkapazitäten bezeichnet man als Dark Fiber, da bei unbenutzten Glasfasern keine Lichtsignale übertragen werden. Die Faser ist dann dunkel. Bei Bedarf werden weitere Fasern in Betrieb genommen.
Einzelne Fasern werden auch an andere vermietet:
- an Unternehmen und Organisationen, die ein WAN oder ein GAN aufbauen wollen.
- an andere Telekommunikationsunternehmen, die damit Teilnehmer anschließen können, zu deren Räumlichkeiten sie kein eigenes Kabel liegen haben (Erschließung der letzten Meile).
In den letzten Jahren wird vor allem in Japan, USA, Italien und in Skandinavien der Ausbau von Glasfasernetzen im Anschlussbereich voran getrieben. So werden dort Häuser direkt mit Glasfasern angeschlossen. Diese Vorgehensweise wird unter dem Begriff Fiber To The Home (FTTH) zusammengefasst. Bei diesem Ausbau werden pro Gebäude ein bis zwei Fasern verlegt. Werden zwei Fasern verlegt, so ist eine Faser für den Download, die andere für den Upload. Wird nur eine Faser verlegt, so läuft der Download über die Wellenlänge 1310 nm, während der Upload über 1550 nm realisiert wird.
Fasern in Weitverkehrsnetzen (zum Beispiel deutschlandweite Netze, Ozeanverbindungen) werden im DWDM-Verfahren betrieben, das enorme Übertragungskapazitäten ermöglicht. Dabei werden über mehrere Laser auf verschiedenen Wellenlängen Signale eingekoppelt und gleichzeitig auf einer Faser übertragen. Man hat somit verschiedene Kanäle auf einer Faser, ähnlich wie beim Radio. Mit Hilfe der breitbandig verstärkenden EDFAs ist ein Bandbreite-mal-Länge-Produkt von mehr als 10.000 (Tbit/s)*km möglich. Diese Systeme der 4. Generation wurden verstärkt Mitte der 1990er Jahre verbaut und sind bis heute Stand der Technik.
[Bearbeiten] Aufbau einer LWL-Übertragungsstrecke
Die Übertragungsstrecke besteht aus:
- optischer Sender
- Glasfaserkabel, ggf. mit Repeatern (Nachverstärkung und Signalregeneration)
- optischer Empfänger
Diese Elemente müssen folgende Forderungen erfüllen:
- Der optische Sender braucht eine Sendeleistung von -24 bis -1 dBm.
- Das Glasfaserkabel muss eine kleine Dämpfung / Dispersion besitzen.
Monomode-Fasern (geringe Dispersion im typischen C-Band um 1550 nm), werden im Fernnetzbereich eingesetzt.
Multimode-Fasern (größere Dispersion) finden dagegen im Ortsbereich oder in kleinen Netzen Anwendung.
Zur Wiederherstellung des durch Dispersion verzerrten Signales werden sogenannte Dispersionkompensationsmodule verwendet. Diese bestehen in der Hauptsache aus Kompensationsfasern, die eine der Übertragungsfaser entgegensetzte Dispersion besitzen. Der optische Empfänger am Ende einer Glasfaser muss eine große Empfindlichkeit besitzen (typisch -52 dBm) und sehr breitbandig sein.
Typische Bauelemente:
- optische Sender: LEDs oder Laserdioden (häufig VCSEL)
- optische Empfänger: PIN-Dioden oder Avalanche-Dioden (APD)
- als Sender, Zwischenverstärker bei langen Strecken oder Empfängerverstärker: optische Verstärker, z.B. EDFA
- optische Filter bei Wellenlängenmultiplex
- optische Schalter bei Zeitmultipex
[Bearbeiten] Verbindungstechnologien
Die LWL- Fasern werden i.d.R. mit Steckverbindern verbunden (RuggedLine/ FSMA o.ä.). Bei endlos rotierenden Achsen können sog. Schleifringübertrager oder Drehverteiler zum Einsatz kommen! Diese werden zwischen geschaltet und ermöglichen die Verbindung von stehenden auf rotierende Bauteile
[Bearbeiten] Steckverbindungen
Grundsätzliches: LWL-Stecker zur Nachrichtenübertragung wurden früher stets mit einer planen, zur Faserachse rechtwinkligen Endfläche der eingebetteten Faser gefertigt. Die gesteckte Verbindung stellt dann eine direkte Berührung der Planflächen der Fasern sicher.
Diese planen Endflächen haben jedoch gewisse Nachteile:
- Der Anpressdruck verteilt sich auf die gesamte Steckerendfläche und nicht nur auf den für die Übertragung relevanten Bereich des Faserkernes.
- Verunreinigungen oder Beschädigungen auf der Steckerendfläche (auch außerhalb des Kernbereiches) können bewirken, dass beim Stecken ein Luftspalt zwischen den beiden Steckern verbleibt, welcher zu einer erhöhten Dämpfung und Reflektivität der Verbindung führt.
Aus diesem Grunde wurde der sog. PC-Stecker entwickelt (Physical Contact). Dieser Stecker hat eine ballige Endfläche und beim Stecken "kontaktieren" sich "physikalisch" nur die Kernflächen (Faserenden) der beiden Stecker. Die oben beschriebenen Probleme wurden dadurch weitgehend vermieden.
Stecker dieser Bauart führen oft ein "PC" als Ergänzung in Ihrer Bezeichnung. (ST/PC, SC/PC, FC/PC usw.) Heutzutage sind alle qualitativ hochwertigen Stecker "PC-Stecker".
Immer höhere Anforderungen an die Rückflussdämpfung der installierten Steckverbindungen im Bereich der MAN und WAN Netze brachten schließlich den sog. HRL (High Return Loss) oder APC (Angled Physical Contact) Stecker hervor. Bei dieser Steckerart ist die Steckerendfläche nicht nur bauchig, sondern steht auch winklig zur Faserachse (Standard = 8°). Durch diesen Aufbau wird von der Steckerendfläche zurückreflektiertes Licht aus dem Kern über das Mantelglas in die Luft hinaus gebrochen und kann somit die Licht- (Daten-)übertragung nicht mehr stören. Stecker dieser Bauart führen ein "APC" oder "HRL" als Ergänzung in ihrer Bezeichnung. (ST/APC, SC/APC, FC/APC, E2000/APC usw.) Stecker dieser Bauart finden vor allem in hochdatenratigen City- (MAN) oder Weitverkehrsnetzen (WAN) Anwendung.
Die am häufigsten verwendeten Steckerarten sind ST (Straight Tip) und SC (LAN) und E-2000 (MAN, WAN).
- ST: Diese Stecker sind in LANs sehr verbreitet. Geeignet ist dieser Stecker für Monomode- und Multimode-Glasfaserkabel, wobei er hauptsächlich bei Multimode - Anwendungen verwendet wird. Die geringe Einfügungsdämpfung prädestiniert diesen Steckertyp für den Einsatz bei passivem Rangieren (Patching) bzw. für Anwendungen mit geringem Dämpfungsbudget. Die mittlere Einfügedämpfung liegt bei 0,3 dB, die maximale bei 0,5 dB.
- SC: Dieser Stecker wird momentan meistens bei LAN-Neuinstallationen verwendet. Sein rechteckiges Design kann für Multimode- und Monomode-Glasfaser verwendet werden. Die mittlere Einfügedämpfung liegt bei 0,2 dB, die maximale bei 0,4 dB (gegen Master gemessen). Der Vorteil gegenüber dem ST Stecker liegt in der Push-Pull-Technologie - d.h. der Stecker verriegelt sich automatisch beim Einstecken und entriegelt sich beim Abziehen (Vergleich: ST = Bajonett-Verschluss). Dadurch lassen sich Duplexstecker erstellen (2 Stecker, verbunden durch einen Duplex-Clip) und Duplex-Verbindungen gleichzeitig stecken und abziehen.
- LC: Dieser Stecker ist ähnlich der SC-Technik, nur kleiner. Er findet Verwendung beim Anschluss an Mini-GBICs.
- E2000: Dieser Stecker hat sich deutschlandweit bei MAN oder WAN Strecken durchgesetzt. Er verfügt gegenüber den oben genannten Steckern über eine Laserschutzklappe, die das Risiko von Augenverletzungen minimiert, lässt sich einfach farblich kodieren und verfügt ebenfalls über einen Push-Pull-Mechanismus. Er wird mittlerweile als sog. 0,1dB Stecker mit einer garantierten Dämpfung von max. 0,1dB angeboten.
Weitere Standard-Steckertechnologien sind DIN-Stecker, FC-Stecker, MIC-Stecker, MiniBNC-Stecker, FSMA-Stecker, MTRJ-Stecker und ESCON-Stecker.
- MIC-Stecker sind sehr groß, nehmen zwei Fasern auf (Duplex) und werden fast ausschließlich in FDDI-Netzen verwendet. Sie sind vertauschungssicher und bieten die Möglichkeit Codierungen zur Unterscheidung verschiedener Links anzubringen.
- MTRJ-Stecker nehmen ebenfalls zwei Fasern auf, die Übergänge sind jedoch in einem gemeinsamen Kunststoffblock eingebettet, der die Form eines RJ-45-Steckers hat. Diese Bauform verhindert ebenfalls das Vertauschen der Hin- und Rückleiter, ist sehr einfach zu stecken und wieder zu entriegeln und ermöglicht hohe Packungsdichten auf Patchfeldern und Switchports. Der Stecker ist für Monomode- und für Multimodefasern geeignet.
[Bearbeiten] Schweißverbindungen
Das Verschweißen von Glasfasern ist eine sichere und verlustarme Verbindungsmethode, erfordert jedoch eine spezielle Ausrüstung und Erfahrung. Die Enden müssen vor dem Verschweißen plan zugerichtet und genau zueinander positioniert werden. Dann folgt eine kurze Erhitzung mit einer Flamme.
Glasfasermuffen enthalten mehrere Schweißverbindungen und verbinden zwei Kabel mit jeweils mehreren Fasern bzw. LWL miteinander. Hierfür müssen die Glasfaserkabel einzeln gestrippt, verschweißt und in sog. Kassetten eingelegt werden. Diese dienen dazu, dass bei evtl. Störungen einer Faser die restlichen Fasern unbeeinflusst bleiben. Eine Muffe kann über 100 einzelne Fasern aufnehmen, was mehrere Tage Installationszeit beanspruchen kann.
[Bearbeiten] weitere Technologien
In optischen Bauelementen finden sich auch Abzweige und Zusammenführungen von Fasern. Weiterhin gibt es Umschalter für mehrere Fasern. Diese können mechanisch oder optisch/berührungslos arbeiten.
[Bearbeiten] Vor- und Nachteile
Vorteile
- hohe Übertragungsraten (Gigabit- bis Terabit-Bereich, selbst in alten Installationen)
- sehr große Reichweiten durch geringe Dämpfung (bis mehrere hundert Kilometer)
- kein Übersprechen (ungewollte Signaleinstreuung auf benachbarte Fasern)
- 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
- wesentlich leichter als Kupferkabel
- wesentlich weniger Platzbedarf als Kupferkabel
- Rohstoffe - im Gegensatz zu Kupfer - praktisch unbegrenzt verfügbar
- Keine Brandauslösung wie bei Kupfer durch "illegale" elektrische Ströme (z. B. Blitz, Kurzschluss) möglich
- Geringere Brandlast im Vergleich zu Kupferkabeln durch kleineren Bedarf an Isolierung und geringere Wärmeentwicklung
- Hohe Abhörsicherheit
Nachteile
- hoher Konfektionierungsaufwand (Installation durch Spezialfirmen)
- Schwachstelle Steckertechnologie (Verschmutzung, Justage)
- relativ empfindlich gegenüber mechanischer Belastung
- teure Gerätetechnik
- aufwendige und komplexe Messtechnik
- nicht einfach zu verlegen, extrem starke Krümmungen von Faser oder Kabel sind zu vermeiden
- über einen LWL können Geräte nicht mit Strom versorgt werden, Power over Ethernet ist also nicht möglich
mögliche Störungen
- Dämpfung durch
- Spleiße dämpfen um 0,02 bis 0,2 dB
- Einschlüsse
- Deformierung des Kernes dämpft um 2 bis 5 dB/km
(Kompensation der Dämpfung in der Nachrichtentechnik durch Optische Verstärker möglich.)
- Faserbruch (Unfallgefahr, insbesondere bei den dicken LWL für Hochleistungslaser)
- Dispersion
- Monomode-Faser: Dispersion kann jedoch durch dispersionskompensierende Fasern kompensiert werden, dadurch sehr großes Bandbreitenlängenprodukt.
- Multimode-Faser: Dispersion ist entsprechend groß, daher ist das Bandbreitenlängenprodukt klein.
[Bearbeiten] Abhörmethoden
- am Spleiß (mittels eines Lichtbogenspleißgerätes werden zwei Faserenden genau zueinander justiert und thermisch verschmolzen.) Der Dämpfungswert liegt bei 0,03 dB, gute Spleiße liegen sogar unter 0,02dB. Dennoch tritt Strahlung aus, die ausgewertet werden kann
- Coupler-Methode: wird eine Glasfaser gebogen, folgt das durchströmende Licht größtenteils der Biegung (bending) - ein Teil des Lichtes strahlt jedoch aus der Faser heraus, schon 2 % des Lichtsignals enthalten alle übertragenen Informationen. Aufgrund der damit unvermeidlich verbundenen 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 Stärke verstärkt. Weder die Leitung noch das Signal werden dabei nennenswert gedämpft. Die Deutsche Telekom hat sich eine ähnliche Methode patentieren lassen, mit der sich Signale aus einer Glasfaser ohne messbare Beeinflussung oder Dämpfung der Glasfaser auffangen lassen (Patent EP0915356 (A1)).
[Bearbeiten] Normen
Die Lichtwellenleiter sind nach DIN 47002, VDE 0888-2, ITU-T G.651 - G.656 und IEC 60793 genormt.
[Bearbeiten] Weitere Anwendungen
[Bearbeiten] Potentialgetrennte Signalübertragung
Glasfaserkabel werden zur stromlosen Signalübertragung eingesetzt, z. B.
- bei Leistungselektronik-Anlagen (z. B. Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung), 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 Optothyristor.
- zur Übertragung von Messsignalen in Hochspannungsanlagen oder in störender Umgebung
- in Audio-Anlagen, um Brummschleifen und Störungen zu vermeiden.
[Bearbeiten] Messtechnik
Eine weitere Anwendung ist die Messtechnik, bei der die auszuwertende Strahlung zwischen einem Messkopf und der Auswertelektronik mit einem LWL übertragen wird. Man kann dadurch unter Extrembedingungen messen, die die Elektronik nicht aushalten würde, wenn sie ohne die räumliche Trennung durch den LWL mit dem Messobjekt in Berührung käme. Die bekannteste Anwendung solcher Anordnungen sind Temperaturmesser und -regler in Stahl- und Glaswerken.
Auch Spektrometer haben oft LWL-Eingänge.
Glasfasern können auch als Sensoren verwendet werden:
- verschiedene Temperaturen entlang der Faser führen zu auswertbaren optischen Beeinflussungen (Rayleigh- und Raman-Rückstreuung) - es können ortsaufgelöst Temperaturen bestimmt werden (Faseroptische Temperaturmessung, Distributed Temperatur Sensor, DTS).
- in Laser-Gyroskopen wird eine aufgewickelte Faser als Sensor für die Winkelgeschwindigkeit verwendet.
[Bearbeiten] Hochleistungslaser
Die Strahlung von Hochleistungs-Lasern im nahen Infrarot (Einsatz u. a. zur Materialbearbeitung) wird oft in Lichtleitkabeln (LLK) geführt, um sie besser an den Wirkungsort heranführen zu können. Es können Leistungen bis zu mehreren Kilowatt in Fasern mit 0,1...1,5 mm Kern-Durchmesser nahezu verlustfrei übertragen werden.
Um Unfälle zu vermeiden, sind derartige Fasern mit einer Faserbruchüberwachung ausgestattet.
Steckverbindungen derartiger Fasern sind prinzipiell anders aufgebaut als diejenigen der Nachrichtenübertragung:
Sie müssen hohe thermische Verlustleistungen aufgrund der Streustrahlung und ggf. Rückreflexionen vertragen. Verbindungen Faser/Faser werden grundsätzlich vermieden. Die Faserendflächen sind plan und ragen frei ohne Einbettung heraus. Teilweise werden sie an einen Kieselglasblock gepresst, um Verunreinigungen der Endflächen zu vermeiden. Aufgrund der hohen Leistungsflussdichten führen kleinste Verunreinigungen zur Zerstörung. Antireflexbeschichtung der Endflächen ist aus diesem Grund ebenfalls nicht möglich.
Bis etwa 500 Watt Laserstrahlleistung sind SMA-Steckverbindungen möglich, wobei die Faser jedoch nicht bis zum Ende eingebettet ist.
Dotierte Fasern (z. B. mit Erbium) können selbst als Laser oder Licht-Verstärker arbeiten (siehe Faserlaser). Hierzu werden sie optisch mittels Hochleistungs-Diodenlasern gepumpt. Diese Technologie findet sowohl in der Nachrichtentechnik als auch im Hochleistungsbereich Verwendung.
In der Lasershowtechnik wird Laserlicht von einer zentralen Quelle zu verschiedenen im Raum verteilte Projektoren geleitet. Die Leistung reicht von einigen hundert Milliwatt bis zu zweistelligen Wattbeträgen.
[Bearbeiten] Anzeigen und Dekoration
Zu Beleuchtungs- und Dekorationszwecken werden Fasern oder Faserbündel aus mineralischem oder organischem Glas (Plastwerkstoffe, z.B. (PMMA, Polycarbonat)) eingesetzt:
- Übertragung des Lichtes einer Signal-LED von der Platine zur Anzeigetafel
- Mikroskop-Lichtquellen ("Schwanenhals"): ein manipulierbares Faserbündel wird mit einer Halogen-Glühlampe gespeist
- "Sternenhimmel": mehrere Fasern werden vor der Verteilung als Bündel mit einer Halogen-Glühlampe + Filterrad beleuchtet
[Bearbeiten] Literatur
- Dieter Eberlein: Lichtwellenleiter-Technik. expert verlag, Dresden 2003 ISBN 3-8169-2264-3
- Holger Ueker: Moderne Übertragungstechniken. Medien-Institut, Bremen 2004 ISBN 3-932229-72-X
- Fedor Mitschke: Glasfasern. Elsevier, Heidelberg 2005 ISBN 3-8274-1629-9
