Lichtwellenleiter
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Lichtwellenleiter (LWL)

Lichtwellenleiter (LWL) sind aus Lichtleitern bestehende und teilweise mit Steckverbindern konfektionierte Kabel und Leitungen zur Übertragung von Licht. Das Licht wird dabei in Fasern aus Quarzglas oder Kunststoff (polymere optische Faser) geführt. Sie werden häufig auch als Glasfaserkabel bezeichnet, wobei in diesen typischerweise mehrere Lichtwellenleiter gebündelt werden, die zudem zum Schutz und zur Stabilisierung der einzelnen Fasern noch mechanisch verstärkt sind.

Physikalisch gesehen sind Lichtwellenleiter dielektrische Wellenleiter. Sie sind aus konzentrischen Schichten aufgebaut; im Zentrum liegt der lichtführende Kern, der umgeben ist von einem Mantel mit einem etwas niedrigeren Brechungsindex sowie von weiteren Schutzschichten aus Kunststoff. Je nach Anwendungsfall hat der Kern einen Durchmesser von einigen Mikrometern bis zu über einem Millimeter. Man unterscheidet Lichtwellenleiter nach dem Verlauf des Brechungsindexes zwischen Kern und Mantel (Stufenindex- oder Gradientenindexfasern) und der Anzahl von ausbreitungsfähigen Schwingungsmoden, die durch den Kerndurchmesser limitiert wird.

Multimodefasern, in denen sich mehrere tausend Moden ausbreiten können, haben ein stark strukturiertes Strahlprofil. In Monomodefasern, die einen sehr kleinen Kerndurchmesser haben, kann sich nur die sogenannte Grundmode ausbreiten, deren Intensität in radialer Richtung näherungsweise normalverteilt ist. Die Anzahl der auftretenden Moden beeinflusst die Signalübertragung, da jede Mode einen unterschiedlich langen Lichtweg nimmt. Deshalb zeigen Multimodefasern mit zunehmender Länge eine stärkere Signalverfälschung (Modendispersion) als Monomodefasern, die somit zur Signalübertragung über weite Strecken besser geeignet sind.

Lichtwellenleiter werden vor allem in der Nachrichtentechnik als Übertragungsmedium für leitungsgebundene Kommunikationssysteme verwendet und haben hier, weil sie höhere Reichweiten und Übertragungsraten erreichen, die elektrische Übertragung auf Kupferkabeln in vielen Bereichen ersetzt.


Multimode


Der Kern von Multimodefasern weist einen Kerndurchmesser von 50 µm bis zu über 1500 µm auf. Die am weitesten verbreiteten Multimode-Glasfasern im Telekommunikationsbereich sind dabei 50-µm- bzw. 62,5-µm-Gradientenindexfasern. Der Kern wird bei diesen Fasern von einem Cladding mit einem Außendurchmesser von 125 µm sowie einem Coating mit 250 µm umgeben.

Monomode

Monomodefasern haben meistens einen Kerndurchmesser von max 9 µm, wobei der äußere Durchmesser mit dem Cladding  auch hier 125 µm beträgt. Die Übertragung der Leistung erfolgt hauptsächlich im Kern der Faser.

Kategorien für Multimodefasern

Die Faserkategorien OM1 und OM2 sind typischerweise für LED-basierte Anwendungen konzipiert, wobei durch die Reduzierung des Kerndurchmessers auf 50 µm die Modendispersion verringert und die Bandbreite somit erhöht werden konnte. Die Faserkategorien OM3 und OM4 sind nur noch mit 50 µm Kerndurchmesser erhältlich (G50/125) und für Hochgeschwindigkeits-Applikationen wie (10/40/100-)Gigabit-Ethernet oder Fibre Channel bei 850 nm vorgesehen.

Max. Übertragungsreichweite im Local Area Network
Ethernet OM1 OM2 OM3 OM4 Monomode
OS1/OS2
100 Mbit/s 100BASE-SX 850 nm 300 m 300 m 300 m n.a.  
100BASE-FX 1310 nm 2000 m 2000 m 2000 m 2000 m 10.000 m
1 Gbit/s 1000BASE-SX 850 nm 300 m 500 m 1000 m 1000 m  
1000BASE-LX 1310 nm 500 m 500 m 500 m 500 m 5000 m
10 Gbit/s 10GBASE-SR 850 nm 30 m 80 m 300 m 500 m  
10GBASE-LR(M) 1310 nm 220 m 220 m 220 m 220 m 10.000 m
10GBASE-ER 1550 nm         40.000 m
40 Gbit/s 40GBASE-SR4 850 nm n.a. n.a. 100 m 125 m  
40GBASE-LR4 1310 nm         10.000 m
40GBASE-ER4 1550 nm         40.000 m


LWL Steckverbinder

Die am häufigsten verwendeten Steckerarten sind heute LC (engl. local connector) und SC (engl. subscriber connector). Aus älteren Installationen sind auch noch ST (engl. straight tip) und E-2000 weit verbreitet. Der LC-Stecker gehört wie der MU-, LX.5- und der FV-45-Stecker zu den sogenannten small-form-factor-Steckern (SFF-Stecker). Diese besitzen 1,25 mm Ferrulen und ermöglichen durch ihre kleinere Bauform eine höhere Bestückungsdichte als ältere Stecker, wie beispielsweise der SC-, ST- und E-2000-Stecker mit 2,5 mm Ferrulen.

Anwendung von LWL im LAN

Glasfaserkabel werden in der Nachrichtentechnik zur Informationsübertragung über kurze und weite Strecken mit hoher Bandbreite verwendet. Kostengünstige Multimodefasern kommen dabei auf kurzen Strecken zum Einsatz und mit Monomodefasern können Strecken von einigen 10 bis über 100 km ohne Zwischenverstärkung mittels Repeatern überbrückt werden.

In lokalen Datenübertragungsnetzen (Local Area Network und Storage Area Network) kommen Glasfaserkabel heute fast bei jedem Netzwerkstandard, wie etwa Fiber Distributed Data Interface (FDDI), Ethernet, Fibre Channel oder Infiniband, zum Einsatz. Eine Erweiterung von bestehenden auf Kupferkabeln beruhenden Netzen ist mit sogenannten Medienkonvertern möglich, die Netzwerksegmente unterschiedlicher Übertragungsmedien, wie Twisted-Pair-Kabel, Koaxialkabel oder Lichtwellenleiter, miteinander verbinden können. Im Gbit-Bereich haben sich als Schnittstellen sogenannte Gigabit Interface Converter (GBIC) etabliert. Dabei handelt es sich um modulare Schnittstellenmodule welche für diverse Wellenlängen und LWL-Steckertypen verfügbar sind. Weiterentwicklungen zur Erhöhung der Portdichten sind beispielsweise Small-Form-factor-Pluggable- (SFP bzw. Mini-GBIC), XFP- oder SFP+-Module.



Vor- und Nachteile der LWL- gegenüber der Kupfertechnik


Der Siegeszug der Lichtwellenleitertechnik basiert auf entscheidenden Vorteilen der optischen Übertragung gegenüber der älteren auf Kupferkabeln basierenden elektrischen Übertragung. Hauptvorteile sind dabei die erheblich höheren möglichen Übertragungsraten (Gigabit- bis Terabit-Bereich), bei gleichzeitig sehr großen möglichen Reichweiten (bis zu mehreren hundert Kilometern ohne Zwischenverstärker). Dieses wiederum bedingt leichtere Kabel und weniger Platzbedarf, sowie weniger Zwischenverstärker, was die Installations- und Wartungskosten erheblich reduziert.

Weitere Vorteile sind:
  • keine Signaleinstreuung auf benachbarte Fasern (Nebensprechen)
  • keine Beeinflussung durch elektromagnetische Störfelder, was u. a. die Kombination mit Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungskomponenten möglich macht
  • keine Erdung erforderlich und Galvanische Trennung der verbundenen Komponenten
  • keine Brandauslösung durch Blitzeinwirkung oder Kurzschluss und geringere Brandlast, sowie verwendbar auch in explosionsgefährdetem Umfeld (Einschränkungen gibt es bei der Verwendung von höheren optischen Leistungen, die an Koppelstellen oder bei Faserbruch entweichen und in ungünstigen Fällen auch brand- bzw. explosionsauslösend wirken können.)
  • relative hohe Abhörsicherheit
Nachteile sind der höhere Konfektionierungsaufwand und die höhere erforderliche Präzision und Sorgfalt bei der Verlegung und Installation, was eine teure Gerätetechnik, sowie eine aufwendige und komplexe Messtechnik erfordert, weshalb Fiber to the Desk noch wenig verbreitet ist.

Weitere Nachteile sind:
  • empfindlich gegenüber mechanischer Belastung und Einschränkungen bei der Verlegung, da keine starken Krümmungen möglich sind
  • Power over Ethernet ist nicht möglich 
 
 
 
 
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