Glasfaser: Wie funktioniert es? Wofür wird es verwendet? Und mehr

Telekommunikation oder Fernkommunikation sind dank der unterschiedlichen Übertragungsleitungen möglich. Unter diesen ist Fiber Optic eine der zuverlässigsten. Erfahren Sie in diesem Artikel, SO FUNKTIONIERT DIE FASEROPTIK mit dem Sie das Internet und viele andere Vorteile zu Hause und im Büro nutzen können.

Faseroptik

Glasfaser ist ein flexibles Filament, das im Allgemeinen aus Silizium besteht, obwohl es auch Glasfasern aus Kunststoff gibt. Es ist ein sehr zartes Material mit einem Durchmesser, der fast dem einer Haarsträhne ähnelt. Es ist transparent, um Licht durchlassen zu können, ohne dass die Frequenz einer Farbe die anderen verzerrt.

Glasfaser hat sich als potenzieller Ersatz für Koaxialkabel herausgestellt. Wie bei Kupferkabeln werden Glasfasern verwendet, um Daten zwischen ihren beiden Enden zu übertragen, wobei Licht als Transportmittel verwendet wird.

Glasfaser ist heute einer der am weitesten verbreiteten Kommunikationsmechanismen. Dies liegt daran, dass die Informationen große Entfernungen zurücklegen können, ohne dass viele oder vielleicht keine Verstärker benötigt werden, damit das Signal nicht verloren geht. Es hat auch eine höhere Bandbreite oder Datengeschwindigkeit als Kupferkabel.

Glasfaserkabel ersetzen unter anderem Kupferkabel, weil das Signal pro Kilometer weniger gedämpft wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Glasfasern gegen elektromagnetische Störungen immun sind, sodass es praktisch unmöglich ist, die Sicherheit zu verletzen.

Ebenso ist es üblich, Faseroptiken für die Beleuchtung zu finden. Dies liegt daran, dass es derzeit möglich ist, durch die Faser das Licht mit der höchsten Intensität von allen Formen der Bereitstellung von Kunstlicht bereitzustellen.

Die Struktur einer Glasfaser besteht aus einem Kern, der die Faser selbst ist, durch die die Informationen übertragen werden. Der Kern ist mit einer Beschichtung überzogen, die sich dadurch auszeichnet, dass sie einen niedrigeren Reflexionsindex als der Kern hat. Dies geschieht mit der Absicht, zu verhindern, dass der im Kern wandernde Lichtstrahl diesen verlässt und die Informationen verliert, dh es ist eine Möglichkeit, die Informationen durch das Phänomen der Reflexion im Kern einzuschließen.

Anschließend wird die Auskleidung von einem Mantel umgeben und dieser Mantel aus Kevlar. Und schließlich eine Haube, meist gelb oder orange, die den Fasertyp identifiziert. Beides dient dazu, der Faser Schutz und mechanische Steifigkeit zu verleihen, da die Faser sonst extrem spröde wäre, noch mehr als sie ohnehin schon ist.

Innerhalb des Lichtwellenleiters kann mehr als ein Lichtstrahl gesendet werden, da es verschiedene Wege oder Möglichkeiten gibt, dies zu tun. Diese Art von Glasfaser wird als Multimode bezeichnet und ihr Name kommt von den mehreren Moden, um die Lichtstrahlen gleichzeitig zu senden. Stattdessen verwendet Singlemode-Faser einen einzigen linearen Pfad, um den Lichtstrahl zu übertragen. Physikalisch unterscheiden sie sich normalerweise durch die Farbe ihrer Haube, die im Allgemeinen orange für Multimode und gelb für Singlemode ist.

Beim Spleißen des Lichtwellenleiters ist zu beachten, dass seine Ausrichtung zwischen den Adern sehr genau sein muss, da es sonst zu Verlusten durch Fehlkopplungen kommt. Dies impliziert, dass die Verbindungen zwischen Lichtwellenleitern komplexer sind als bei herkömmlichen Kupferkabeln.

Geschichte der Glasfaser

In der Faseroptik gibt es zwei grundlegende Elemente, die Fortschritte bei der Erzielung der uns heute bekannten Technologie in Bezug auf die Datenübertragung durch Licht darstellten. Diese Elemente sind die Glasfaser und das Licht, das sich darin ausbreitet. In diesem Segment werden wir durch die Geschichte der Glasfaser und ihre Entwicklung im Laufe der Zeit reisen.

Im antiken Griechenland wurde das von Spiegeln reflektierte Sonnenlicht verwendet, um Nachrichten zu senden oder die Sicht Ihrer Feinde zu behindern. Dasselbe System wurde 1792 von Claude Chappe angewendet, um optische Telegraphie mit Türmen und Spiegeln anzuwenden, die über 200 km verteilt waren. Es gelang ihm, eine Nachricht in Rekordzeit für die Zeit von 16 Minuten zu übermitteln.

1910 realisierten Demetrius Hondros und Peter Debye als erste Lichteinfang in Kabeln aus Glas. Es ist merkwürdig, dass dieses Experiment so lange dauerte, denn im Jahr 1820 existierten bereits die Gleichungen, die dieses Phänomen begründeten.

Dieses Prinzip wird als Lichteinschluss durch Brechung bezeichnet. Denken Sie daran, dass Brechung ein Phänomen ist, das dazu führt, dass ein Lichtstrahl die Richtung ändert, wenn er von einer Übertragungsleitung zu einer anderen wechselt, die unterschiedliche Brechungsindizes hat, weil sie unterschiedliche Dichten haben.

In den 1840er Jahren konnten Jean-Daniel Collado und Jacques Babinet dieses Prinzip beweisen. In ähnlicher Weise beobachtete John Tyndall im Jahr 1870, dass sich Licht in Wasser ausbreiten kann und dass Licht in diesem Medium gebrochen wird. Diese ersten Schritte ermöglichten die Durchführung von Studien, die das Potenzial von Kristall als Material par excellence für die Übertragung von Licht über große Entfernungen bestätigen sollten. Zuerst wurde es für die Beleuchtung von Wasserfontänen verwendet.

Später patentierte John Logie, ein schottischer Ingenieur, ein elektromechanisches System für das Farbfernsehen, bei dem Stäbe aus Glas verwendet wurden, die Licht durchließen. Dieses System war aufgrund der Dämpfung aufgrund der verwendeten Materialien und Techniken nicht sehr erfolgreich, sodass das Licht keine großen Entfernungen zurücklegen konnte. Außerdem hatte ihr System keine Optokoppler.

1952 gelang es dem Physiker Narinder Singh Kapany dank der vorangegangenen Studien von John Tyndall, die optische Faser zu erfinden. Es sei darauf hingewiesen, dass es in den 1950er Jahren war, als die Forschung zur Faseroptik vertieft wurde. Tatsächlich stellte Basil Hirschovitz 1957 ein halbflexibles Endoskop mit Glasfasern her. Es gelang ihm, Bilder zu senden, und dieses Endoskop ist ein komfortableres Werkzeug für Operationen.

Die University of Michigan schlägt in ihrer Version eines halbflexiblen Endoskops die Verwendung eines Materials mit einem niedrigeren Brechungsindex als der Kern vor, anstatt wie bisher Öle oder Wachse zu verwenden. Darüber hinaus wurden auch viel dünnere Glasfaserstränge hergestellt, so dick wie ein Haar. Das Licht wurde jedoch nach 9 Metern Fahrt mit dieser Glasfaser abgeschwächt oder ging verloren. Es war Charles K. Kao, der in seiner Doktorarbeit darlegte, dass die maximale theoretische Dämpfung, die optische Fasern haben sollten, 20 Dezibel betragen sollte, damit ihre Anwendung möglich ist

Auch hier stellte Charles K. Kao zusammen mit George Hockham fest, dass es möglich sei, Fasern mit einem höheren Transparenzanteil herzustellen. Ebenso waren sie diejenigen, die die Verwendung von Glasfasern für die Übertragung von Telefonnachrichten vorschlugen, anstatt Kupferkabel und Strom zu verwenden.

Es war notwendig, die Glasfaser zu verbessern, die derzeit eine Dämpfung von 100 dB / km, eine geringe Bandbreite und eine große mechanische Zerbrechlichkeit aufwies. Um dies zu erreichen, mussten unablässig und tiefgreifende Studien und Untersuchungen durchgeführt werden, die es ermöglichten, festzustellen, dass die Ursache für diesen Lichtverlust die intrinsischen Verunreinigungen im Silizium oder Glas waren.

Dieser Entdeckung war es zu verdanken, dass Fasern mit einer Dämpfungsreduzierung von bis zu 20 dB / km und mit einer größeren Bandbreite hergestellt wurden. Darüber hinaus waren die Kerne 100 µm dick, die mit Naylon-Draht bedeckt waren, um die Brechungsindex-Grundlage zu respektieren, die aber auch eine größere mechanische Steifigkeit bieten konnten, die ein Brechen der Faser mit den Händen unmöglich machte.

Die Arbeiten von Kao und Hockman dienten als Grundlage für die Untersuchungen von Robert Maurer, Donald Keck, Peter Schultz und Frank Zimar, die die erste optische Faser mit Titanverunreinigungen vorschlugen und herstellten. Diese Verunreinigungen wurden absichtlich in das Silizium eingebaut, um die Brechung in der Faser zu erhöhen. Diese Faser ermöglichte es, dass Licht in der Glasfaser mit nur 17 dB / km Dämpfung wandern konnte. Im selben Jahrzehnt von 1970 war es möglich, optische Fasern mit nur 0.5 dB / km Verlusten herzustellen.

Ein weiterer wichtiger Fortschritt in der Technologie der Datenübertragung mittels Licht wurde den Physikern Morton B. Panish und Izuo Hayashi zu verdanken, die einen Halbleiterlaser entwickelten, der kontinuierlich arbeiten konnte, ohne seine Temperatur zu erhöhen. Gemeinsam entwickelten John MacChesney und andere Mitarbeiter Methoden zur Faservorbereitung.

Die erste Telefonübertragung über die Übertragungsleitung erfolgte am 22. April 1977 von der nordamerikanischen Firma General Telephone and Electronics und erreichte eine Geschwindigkeit von 6 Mbit / s.

1980 waren die Fasern so transparent, dass sie Signale über eine optische Faser für eine Strecke von bis zu zweihundertvierzig Kilometern senden konnten, bevor sie vollständig verloren gingen. Diese Fasern entstanden, als Forscher erkannten, dass reines Silizium ohne Metall nur mit Werkzeugen und Komponenten hergestellt werden kann, die Dampf verwenden. Dadurch wurde verhindert, dass im Herstellungsprozess inhärente Verunreinigungen entstehen.

AT&T reichte 1980 bei der Federal Communications Commission sein Projekt für ein Glasfasersystem mit einem Abstand von etwa XNUMX Meilen ein. Dieses System würde durch die Städte Boston und Washington DC führen und diese verbinden. Vier Jahre nach der Vorstellung dieses Projekts wurde das System in Betrieb genommen. Dieses Kabel hatte einen Durchmesser von zehn Zoll und war in der Lage, bis zu XNUMX Sprachkanäle für gleichzeitige Telefongespräche bereitzustellen.

Die erste transozeanisch verlegte Glasfaser wurde 1988 in Betrieb genommen, die Transparenz ihres Kerns war so tadellos, dass nur alle XNUMX Meilen optische Verstärker platziert werden mussten. In der Folge wurden weitere Verbindungen dieser Art hergestellt und ausgedehntere Touren zwischen Städten und Kontinenten unternommen.

All diese Fortschritte ermöglichten es der Faseroptik, ihre Transparenz weiter zu verbessern und konnte für die Kommunikation auf dem Markt und nicht nur auf experimenteller Ebene eingesetzt werden. Tatsächlich gelang General Telephone and Electronics am 22. April 1977 die erste erfolgreiche Telefonübertragung mit einer Geschwindigkeit von 6 Mbit / s unter Verwendung von Glasfaser als Übertragungsleitung.

Herstellungsprozess

In den Bell Laboratories wurden eigenständige Verfahren zur Herstellung von Faseroptiken entwickelt. Von dort aus gibt es vier Verfahren zur Herstellung von Glasfasern

MCVD (modifizierte chemische Gasphasenabscheidung)

Dieses Verfahren wurde ursprünglich von Corning Glass entwickelt und von Bell Laboratories für die industrielle Anwendung adaptiert. Sie bestehen aus einem reinen Quarzrohr, in dem Siliziumdioxid mit anderen Elementen vermischt wird, um das Präparat zu dotieren. Dieses Rohr wird dann auf eine rotierende Drehbank gelegt.

Anschließend wird es mit einem Wasserstoff- und Sauerstoffbrenner auf Temperaturen von bis zu 1600 Grad Celsius gebracht. Dies geschieht durch Drehen der Drehmaschine, während das Quarzrohr über seine gesamte Länge erhitzt wird. An diesem Punkt werden die Additive, die zu einem besseren Brechungsindex im Kern beitragen, an einem Ende des Rohres hinzugefügt.

Durch die kontinuierliche Beaufschlagung des Brenners werden auch die nachfolgenden Schichten eingearbeitet. Diese Technik ermöglicht die Synthese des Kerns. Dann wird der Brenner auf eine Temperatur von 1800 Grad Celsius gebracht, die Temperatur, die es dem Quarz ermöglicht, zu erweichen und so den Vorformling zu erhalten.

Die Vorform bezieht sich auf den Glasstab oder das Glasrohr, das zur Herstellung von Faseroptiken verwendet wird. Das heißt, es ist das feste Rohr, das nach diesem Verfahren erhalten wird. Normalerweise sind seine Abmessungen etwas mehr als 1 Meter lang und 1 Zentimeter im Durchmesser.

VAD (Axiale Dampfabscheidung)

Diese Technik basiert auf der von Nippon Telephone and Telegraph entwickelten. Es wird in Japan häufig in Unternehmen verwendet, die in der Herstellung von Faseroptik tätig sind. Es verwendet die gleichen Grundmaterialien wie bei der MCVD-Methode, unterscheidet sich jedoch dadurch, dass bei letzterer nur der Kern platziert wurde. Jetzt wird auch das Futter zusätzlich platziert

Deshalb ist dieses Verfahren bei der Dotierung etwas heikel, da Germaniumdioxid zu einem größeren Anteil in den Kern als in die Beschichtung eingebaut werden muss. Für diese Herstellung wird eine Software als wesentlicher Assistent verwendet, bei der die Parameter festgelegt werden.

Mit einem zusätzlichen Glasstab oder -rohr beginnt der Preform-Prozess. Dieses Hilfsrohr dient als Stütze. Es beginnt mit der geordneten Einarbeitung der verschiedenen Materialien vom Ende des Zylinders aus, um den porösen Vorformling zu erhalten, der sich beim Wachsen von dem Hilfsglasrohr löst.

Anschließend wird der Kollaps-Prozess durchgeführt, der darin besteht, die Temperatur auf bis zu 1700 Grad Celsius zu erhöhen, um die Erweichung des Quarzes zu erreichen. Dies geschieht, um von einem innen hohlen porösen Vorformling zu einem massiven, transparenten Zylinder zu gelangen.

Vergleicht man dieses Verfahren mit dem vorherigen, hat das VAD-Verfahren den Vorteil, dass Vorformlinge mit größerer Länge und größerem Durchmesser erhalten werden und zudem der Energieeintrag reduziert wird. Ihr Nachteil besteht jedoch darin, dass eine viel anspruchsvollere Fertigungsausrüstung erforderlich ist.

OVD (Außendampfabscheidung)

Diese Methode wurde von Corning Glass Work entwickelt. In diesem Fall beginnt Ihr Rohmaterial mit einem keramischen Substratzylinder und dem Brenner. Die dampfförmigen Chloride werden auf das Brennerfeuer gelegt und das Feuer erhitzt den Stab. An diesem Punkt wird die Synthese des Vorformlings durchgeführt. Dieses Verfahren besteht darin, den Stab mit gasförmigem Chlor zu trocknen, um später den Kollabiervorgang auf die gleiche Weise wie bei der vorherigen Methode durchzuführen. Auf diese Weise werden der Kern und sein Mantel synthetisiert, wodurch die Vorform erhalten wird.

Ein Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass durch die Optimierung des Trocknungsprozesses Lichtleitfasern mit sehr geringer Dämpfung und guter Qualität hergestellt werden können. Diese Optimierung ermöglicht es, glatte Profile ohne eine wichtige ringförmige Struktur zu erhalten.

PCVD (chemische Plasma-Gasphasenabscheidung)

Diese Methode wird von der Firma Philips in den Niederlanden entwickelt. Ebenso zeichnet es sich durch seine glatten Profile und ohne erkennbare Ringstruktur aus. Das Prinzip dieser Stiftung basiert auf der Oxidation von Siliziumchlorid und Germaniumchlorid. Durch das Rosten dieser Chloride wird ein Plasmazustand erreicht, gefolgt von der Dotierung des Inneren.

Vorformstreckstufe

Unabhängig von der Art des verwendeten Verfahrens ist allen diesen gemeinsam, dass der Preform-Streckprozess durchgeführt wird. Um eine Streckung des Vorformlings zu erreichen, ist ein offener Rohrofen erforderlich. Der Preform wird in diesen Ofen gelegt und Temperaturen von bis zu 2000 Grad Celsius ausgesetzt, um den Preform zu erweichen und manipulieren zu können.

Bei diesem Verfahren wird der Durchmesser der Lichtleitfaser erreicht, und es ist äußerst wichtig, eine konstante Spannung aufrechtzuerhalten, damit der Durchmesser über die Länge der Lichtleitfaser nicht variiert. Der Weg, um sicherzustellen, dass der Kern keine solchen Durchmesserschwankungen aufweist, besteht darin, eine gleichmäßige konstante Spannung aufrechtzuerhalten. Außerdem muss die Abwesenheit von Konvektionsströmen im Backofen gewährleistet sein.

Ebenso ist es äußerst wichtig, dass beim Wiedererweichen des Vorformlings das Eindringen von Mitteln vermieden wird, die verunreinigen oder Mikrorisse erzeugen können, was zu einem Dämpfungsverlust und sogar einem Bruch in der Lichtleitfaser führen würde.

Bei diesem Vorgang wird der Figur auch Kunststoff zugesetzt, in der Regel handelt es sich um ein viskoses Polymer. Die Bedeutung dieses Polymers besteht darin, dass es ermöglicht, dass die optische Faser bei höheren Geschwindigkeiten gestreckt wird. Dadurch entsteht eine gleichmäßige, von Verunreinigungen freie Schicht um die Faser. Schließlich wird dieser Schutz durch thermische Prozesse oder chemische Reaktionen mit ultravioletter Strahlung getrocknet und gehärtet.

Glasfaseranwendungen

Die Faser hat eine beeindruckende Vielseitigkeit, so dass sie unter anderem in der digitalen Kommunikation, Schmuck, Sensoren, Beleuchtung und Dekoration verwendet werden kann. Hier sind einige der häufigsten Anwendungen von Faseroptik und weitere.

Glasfaserkommunikation

Die größte Anwendung von Glasfasern findet in der Telekommunikation statt. Aufgrund seiner Flexibilität ist es möglich, mehrere Adern zu Lichtwellenleitern zu bündeln. Die hierfür verwendeten Fasern bestehen in der Regel aus Kunststoff oder Glas, manchmal sogar aus beiden Materialien.

Faseroptische Sensoren

Faseroptische Sensoren können zwischen intrinsischen Sensoren und extrinsischen Sensoren unterscheiden. Intrinsische Sensoren beziehen sich auf die Abbildung selbst als Sensor. Andererseits ist bei extrinsischen Sensoren die Faser das Mittel zum Übertragen der Signale, die ein Sensor aussendet, an ein System, das diese Signale verarbeitet.

Da in Lichtwellenleitern kein elektrischer Strom zirkuliert, haben sie einen Vorteil gegenüber elektrischen Sensoren. Auch das Fasergarn allein ist ein hervorragender Sensor um Verformungen, Temperatur, Luftdruck, Feuchtigkeit, elektrische Felder, Magnetfelder, Gase, Vibrationen u.a. zu messen.

Eine weitere Anwendung der Faseroptik in der Anwendung von Wassermikrofonen zur Detektion von Erdbeben oder von Sonar erzeugten Wellenanwendungen. Dafür wurden mehr als tausend Sensoren mit Faseroptik verwendet, um hydrophone Systeme zu erstellen. Diese Art von System wird hauptsächlich von der Ölindustrie und Verteidigungsorganisationen und einigen Ländern verwendet. Ebenso hat die Firma Sennheiser aus Deutschland ein Mikrofon entwickelt, das mit Laserlicht und Faseroptik arbeitet.

In diesem Sinne werden faseroptische Sensoren zur Messung von Temperatur und Atmosphärendruck in Ölquellen verwendet. Diese Arten von Sensoren können im Vergleich zu Sensoren aus Halbleitern extremeren Bedingungen standhalten.

In der Luftfahrt gibt es ein Gyroskop aus Faseroptik sowie Wasserstoff-Mikrosensoren.

Diese photonischen Sensoren aus Lichtwellenleitern bestehen im Allgemeinen aus vier grundlegenden Teilen, die sind:

Der Sensor: ist der Wandler
Der Interrogator: der das Signal aus dem Lichtwellenleiter aussendet und empfängt.
Das optische Kabel: Es ist die Glasfaser
Optokoppler, Multiplexer, Verstärker oder Schalter: die Elemente, die dazu beitragen, dass das optische und elektrische System ohne Signalverlust gekoppelt wird und unterschiedliche Signale aus verschiedenen Quellen verarbeiten können.

Der Betrieb oder die Funktionsweise dieses Systems beginnt mit der Erzeugung eines vom Abfragegerät erzeugten optischen Signals, um Informationen vom Empfänger anzufordern. Diese Informationen werden durch den Lichtwellenleiter des Sensors übertragen. Wenn es fortfährt, Umgebungsbedingungen wie Gase, Atmosphärendruck, Temperatur und andere Faktoren zu messen, ändert sich die Intensität des Lichts oder seine Wellenlänge wird beeinflusst und daher ändert es sich.

Diese Änderungsänderung, entweder in der Wellenlänge oder in der Intensität des Lichts, wird wieder durch die optische Faser zum Abfragegerät zurückgeführt. Dann wird der Prozentsatz der Variation dieser Änderungen geschätzt. Durch die Anwendung unterschiedlicher Algorithmen und Werkzeuge, wie beispielsweise optoelektronischen Kopplern, ist es möglich, optische Signale in elektronische Signale umzuwandeln, so dass die elektrischen Systeme an den Enden die Informationen, wie beispielsweise ein Steuer- oder Anzeigesystem, Echtzeitdaten interpretieren können.

Ebenso können in Abhängigkeit von der Menge des Datenverkehrs, wie er beispielsweise durch ein Internet-Netzwerk läuft, optische Multiplexer, optische Schalter, optische Verstärker oder unterschiedliche optische Koppler in gleicher Weise vorhanden sein.

Ebenso können faseroptische Sensorsysteme als punktförmig oder verteilt klassifiziert werden.

Optische Punktsensorsysteme

Diese Art von System verwendet verteilte Sensoren definierte Positionen innerhalb eines Sensornetzwerks, die eine individuelle Überwachung der Parameter ermöglichen. Aus diesem Grund ermöglichen Punktsysteme die gleichzeitige Messung mehrerer Parameter. Im Gegensatz zu verteilten Systemen kann die Punktsystemüberwachung bis zu 250 km umfassen.

Verteilte optische Sensorsysteme

In diesem Fall stammen die Messungen und Erfassungen der Variation des optischen Parameters, die der Abfrager empfängt, aus den entlang der gesamten Lichtleitfaser erhaltenen Daten. Dies stellt einen Vorteil dar, da es sich um eine faseroptische Strangzone handelt, die als Übersetzer des Systems verwendet wird. Das verteilte optische System kann eine Reichweite von bis zu 120 km Länge überspannen.

Beleuchtung

Die ersten Anwendungen der Faseroptik waren gerade die Beleuchtung von Räumen. Auch heute noch existiert diese Anwendung für Glasfasern. Dies liegt daran, dass der Lichtwellenleiter die Beleuchtung von Bereichen ohne Wärmeentwicklung und ohne Gefahr von Kurzschlüssen ermöglicht, da der Lichtwellenleiter für die Übertragung von Lichtstrahlen ausgelegt ist.

Es ist sogar möglich, durch Ändern der Frequenz die Farbe der Beleuchtung zu ändern. Dies ist zum Beispiel sehr nützlich, wenn Beleuchtung in einer Lampe verwendet wird, da ein Farbwechsel möglich ist, ohne die Lampe wechseln zu müssen.

Ebenso ist eine Erweiterung der Beleuchtungsflächen möglich, da mit einer einzigen Lichtquelle unterschiedliche Lichtleitfasern an mehreren Stellen positioniert werden können.

Mehr Einsatzmöglichkeiten von Glasfasern

Es wird als Wellenleiter für Lichtstrahlen verwendet, die von medizinischen oder industriellen Geräten emittiert werden, die Bereiche beleuchten müssen, in denen die Sichtlinie nicht direkt oder leicht zugänglich ist.

Als Beispiel sei hier das in der Medizin eingesetzte semiflexible Endoskop genannt, das über Glasfasern in Verbindung mit Linsen das Innere der Organe ohne hochinvasive Eingriffe visualisieren kann. Im Fall von Industrien, um Geräte wie Turbinen zu inspizieren.

Tatsächlich werden Glasfasern derzeit als dekorative Elemente verwendet, wie es bei Weihnachtsbäumen der Fall ist, die optische Fasern in ihren Zweigen haben, die den Baum beleuchten, und auch ihre Farbe kann variiert werden.

Ein weiteres Beispiel für die Anwendung von Faseroptik ist die Anwendung in bestimmten Gebäuden, die natürliches Licht von ihren Dächern einfangen und dank der Faseroptik kann dieses Licht in die Innenräume des Gebäudes gelangen.

Und schließlich gibt es heute eine Mischung aus Beton und Faseroptik, die einen lichtdurchlässigen Beton ergibt. Dieses Material wurde vom Architekten Ron Losonczi entworfen und das Erstaunliche an diesem Beton ist, dass er immer noch die Festigkeit von Beton und zusätzlich die Qualität von Glasfasern zur Lichtübertragung haben kann.

Faseroptische Eigenschaften

Glasfaser ist eine dielektrische Übertragungsleitung, die innerhalb des elektromagnetischen Spektrums im optischen Band arbeitet. In diesem optischen Band finden wir die Farben, aber es gibt auch das nahe Infrarotband und das Infrarotband. In Glasfasern wird normalerweise ein Teil dieser Frequenzen verwendet.

Jeder Glasfaserstrang hat in der Mitte einen Kern aus Kunststoff oder Glas, also Silizium und Germaniumoxid. Dieser Kern hat einen hohen Brechungsindex und ist von einer Beschichtung mit niedrigerem Brechungsindex bedeckt. Dadurch kann das Licht nur durch den Kern wandern und nicht nach außen entweichen. Üblicherweise besteht diese Lackschicht aus einem Polymer oder Kunststoff.

Dieser Unterschied zwischen den Brechungsindizes, der zwischen dem Kern und seinem Mantel bestehen muss, beruht auf den Prinzipien der Lichtbrechung. Dieses Prinzip besagt, dass, wenn eine Oberfläche mit einem bestimmten Brechungsindex an eine andere Oberfläche mit einem niedrigeren Brechungsindex grenzt, das Licht reflektiert wird und je größer die Differenz zwischen diesen Indizes ist, desto größer der Einfallswinkel, so dass eine totale interne Reflexion auftritt .

In Glasfasern prallt das Licht ab oder wird im Kern reflektiert, und diese Reflexionswinkel sind sehr groß, so dass praktisch davon ausgegangen werden kann, dass sich das Licht geradlinig durch sein Zentrum ausbreitet, so dass es sich über große Entfernungen ohne Fading.

Glasfaserleistung

Die Gesetze der optischen Geometrie sind diejenigen, die den Betrieb und die Grundprinzipien des Betriebs von Lichtwellenleitern festlegen. Der Lichtwellenleiter wird hauptsächlich durch das Brechungsgesetz geregelt, das nach dem Prinzip der Totalreflexion zu gehen ist.

Die Lichtstrahlen werden vom Kern des Lichtwellenleiters übertragen, ich habe den Unterschied in den Brechungsindizes angegeben, dieser Strahl kann den Mantel nicht passieren, sondern wird tatsächlich daran reflektiert und breitet sich weiter durch den Kern aus.

Als nächstes stellen wir die Vor- und Nachteile der Glasfasertechnologie vor.

Vorteil

Es hat eine sehr große Bandbreite, was sehr schnelle Übertragungsgeschwindigkeiten ermöglicht
Es ist eine minimalistische Technologie, das heißt, sie nimmt sehr wenig Platz ein.
Es ist leicht, da es nur wenige Gramm pro Kilometer wiegt. Im Gegensatz zum Elektrokabel, das sogar 9-mal mehr wiegen kann als Glasfaser.
Es ist völlig immun gegen elektromagnetische Verunreinigung. Damit hat sie eine den herkömmlichen Leitungen überlegene Übertragungsqualität, da sie beispielsweise durch externe Kurzschlüsse oder Gewitter nicht gestört wird.
Gerade weil störunempfindlich, garantiert Glasfaser eine hohe Informationssicherheit. Denn der einzige Weg, in das faseroptische Übertragungssystem einzudringen, besteht darin, es zu schwächen und sogar zu unterbrechen, so dass es leicht erkennbar ist.
Es erzeugt keine Interferenzen mit anderen Systemen.
Es wird nicht durch parasitäre Signale beeinflusst. In Systemen wie der U-Bahn, in denen es Systeme gibt, die die Kommunikation leicht stören können, ist Glasfaser die Alternative schlechthin.
Seine Dämpfung ist im Vergleich zu herkömmlichen Kabeln deutlich gering, sodass es möglich ist, lange Strecken zurückzulegen, ohne dass aktive Elemente wie Verstärker zur Aufrechterhaltung des Signals eingebaut werden müssen.
Abhängig von den Materialien, mit denen der Mantel und die Haube hergestellt werden, kann der Lichtwellenleiter eine gute mechanische Beständigkeit aufweisen.
Es ist korrosionsbeständig.
Es verfügt über ein System namens optische Reflektrometrie, das eine einfache Erkennung von Schwachstellen oder Faserschnitten entlang der Strecke ermöglicht.

Nachteile

Da wir alle Vorteile der Glasfaser darstellen, werden wir im Folgenden die Nachteile dieser Technologie gegenüber anderen Übertragungsleitungen darstellen.

Hohe Faserbrüchigkeit.
Es erfordert teurere Sende- und Empfangsgeräte.
Mit Glasfasern hergestellte Spleiße sind insbesondere im Feld komplexer durchzuführen, sodass Reparaturen schwieriger sind.
Da es keinen Strom übertragen kann, ist es nicht direkt kompatibel mit Endsystemen, die in der Regel elektronisch sind.
Es kann keine sehr hohen Leistungen übertragen.
Es kann keine Informationen optisch speichern.
Es wird von hohen oder niedrigen Temperaturen beeinflusst, daher müssen Mantel und Beschichtung temperaturbeständige Materialien sein.
Vibrationen können die Datenübertragung richtig beeinflussen.

Glasfasertypen

Innerhalb des Kerns der Lichtleitfaser gibt es verschiedene Wege, denen der Lichtstrahl folgen kann. Jeder dieser Pfade wird als Ausbreitungsmodus bezeichnet. Glasfaser kann als Multimode- oder Singlemode-Faser klassifiziert werden.

Multimode-Faser

Multimode-Faser bezieht sich auf eine Faser, bei der Licht durch mehr als einen Pfad oder Modus wandern kann. Ein einzelner Strang einer Multimode-Faser kann bis zu 1000 Ausbreitungsmoden der Lichtstrahlen aufweisen. Dies impliziert, dass die Lichtstrahlen nicht gleichzeitig ankommen. Dieser Fasertyp wird im Allgemeinen über kurze Distanzen verwendet, etwa über Distanzen von weniger als 2 Kilometern.

Der Brechungsindex des Kerns einer Multimodefaser ist geringfügig höher als der Brechungsindex des Mantels. Darüber hinaus ist die Dicke des Kerns einer Multimode-Faser größer als die einer Singlemode-Faser, was eine einfachere Verbindung ermöglicht, da keine so genaue Präzision erforderlich ist.

Multimode-Fasern können wiederum je nach Art des Brechungsindex ihres Kerns in zwei Formen eingeteilt werden:

Gestaffelter Index: In diesem Fall ist der Brechungsindex über die gesamte Länge des Kerns konstant, hat also eine hohe modale Dispersion

Stufenindex: In diesem Fall besteht der Kern aus unterschiedlichen Materialien, sodass der Brechungsindex nicht über die gesamte Länge der Faser konstant ist und daher eine geringere modale Dispersion aufweist.

Ebenso gibt der in ISO 11801 festgelegte Standard die Klassifizierung von Multimode-Lichtwellenleitern nach der Bandbreite und der zu verwendenden Lichtquelle an, dh ob es sich um Multimode auf Laser oder Multimode auf LED-Licht handelt.

OM1: Glasfaser 62.5/125 µm, 1 Gigabit (1 Gbit/s), LED.
OM2: Glasfaser 50/125 µm, 1 Gigabit (1 Gbit/s), LED.
OM3: Glasfaser 50/125 µm, 10 Gigabit (300 m), Laser.

Singlemode-Faser

Wie bereits erläutert, wird der Begriff Modus verwendet, um die Anzahl der Trajektorien anzugeben, die die Lichtstrahlen haben können. In Singlemode-Fasern gibt es nur eine Mode, durch die Licht wandern kann. Dies bedeutet dann, dass der Durchmesser des Kerns kleiner ist. Ebenso wandert Licht theoretisch durch die Mitte der Faser, im Gegensatz zu Multimode, die von den Wänden des Kerns reflektiert wird. Diese Art von Glasfaser wird hauptsächlich für Langstrecken verwendet.

Kabel mit lockerer Struktur

Es ist auch möglich, Lichtwellenleiter nach ihrem Design zu klassifizieren, und es gibt auch zwei Arten von Lichtwellenleitern gemäß dieser Klassifikation.

Dieser Fasertyp kann im Außen- und Innenbereich eingesetzt werden und besteht aus mehreren Fasersträngen, die in Gruppen unterteilt sind, die in Rohre eingebracht werden, die eine zentrale Bewehrung umgeben und diese wiederum von einem Schutzmantel umhüllt werden.

Der Begriff lose Struktur kommt daher, dass die Glasfaserstränge lose innerhalb der Rohre liegen, durch die sie geführt werden. Dieses Rohr kann hohl sein oder innen ein hydrophobes Material aufweisen, so dass es als Schutz des Lichtwellenleiters vor Feuchtigkeit dient.

Darüber hinaus musste es locker sein, damit der Lichtwellenleiter von den äußeren mechanischen Kräften isoliert werden kann, die auf das Kabel ausgeübt werden.

Die Mittelstrebe ist im Allgemeinen flexibel und verleiht dem Kabel Festigkeit. Es kann aus Metall oder dielektrischem Material bestehen.

Kabel mit enger Struktur

Dieses Kabel wird hauptsächlich im Innenbereich von Gebäuden verwendet, da es flexibler ist und kleinere Biegeradien ermöglicht als Kabel mit lockerer Struktur.

Dieses Kabel besteht aus der Vereinigung mehrerer Glasfaserstränge, die einzeln einen Mantel und Mantel aufweisen. Diese Fäden umgeben ein Mittelstück und dieses ganze Set wiederum wird durch eine äußere Schicht geschützt. Sein Name kommt von der Tatsache, dass alle Faserfäden sehr eng sind, was eine gute körperliche Unterstützung bietet.

Glasfaserkomponenten

In einem faseroptischen Kommunikationssystem gibt es einige Komponenten, die für eine erfolgreiche Übertragung notwendig sind. Zu diesen Komponenten gehören unter anderem optische Sender, optische Detektoren, faseroptische Steckverbinder oder Terminals.

Optische Sender

Dies sind die Elemente, die für die Umwandlung von Informationen oder Daten, die von einer elektronischen Quelle kommen, in optische Daten oder Lichtstrahlen verantwortlich sind. Um dies zu erreichen, verwendet der Sender Elektronen mit einer bestimmten Frequenz, die in Materialien wie Silizium angeregt werden, wobei oft Lichtstrahlen, sogenannte Photonen, in Form von Energie erzeugt werden. Photonen sind die elementaren Quantenteilchen des Lichts. Der Sender verfügt intern über einen Modulator, der die Funktion der Umwandlung von elektronischer Energie in optische Energie erfüllt.

Strahler

Bei optischen Sendern gibt es zwei Arten von Sendern, die optische Signale aussenden, nämlich:

LEDs.

Es ist eine Diode, die Licht emittiert, oder Light Emitting Diode. Diese Art von Lichtemitter wird aufgrund ihrer Benutzerfreundlichkeit und Lebensdauer hauptsächlich in Multimode-Fasern verwendet. Es ist zwar wichtig zu beachten, dass diese Art von Licht keine langen Strecken zurücklegen kann, daher wird sie für kurze Strecken verwendet, da sie die Funktion erfüllt und die Kosten senkt.

Laser

Es ist die verstärkte stimulierte spontane Lichtstrahlung. Es emittiert hochkohärentes Licht und verwendet Halbleiter zur Lichtemission. Laserlicht kann in Multimode-Fasern und in Singlemode-Fasern verwendet werden, obwohl sie in der Regel nur in Singlemode-Fasern verwendet werden, da deren Schaltungsaufwand komplexer und damit teurer ist. Die Lebensdauer des Lasers ist zwar lang, liegt aber in der Regel unter dem Durchschnitt der LEDs.

Elektrische Lichtstromwandler

Bei faseroptischen Faserübertragungen ist ein Element erforderlich, das das Vorhandensein von Photonen erkennt. Normalerweise ist es eine Fotodiode, die für die Umwandlung von optischen Signalen in elektronische Signale verantwortlich ist. Es tut dies, indem es die Anwesenheit oder Abwesenheit von Licht in Signale mit Höhen und Tiefen oder Einsen und Nullen übersetzt.

Außerdem werden sie für den umgekehrten Prozess verwendet, dh um elektrische Signale in optische Signale umzuwandeln. Obwohl es möglich ist, Licht in elektrische Signale umzuwandeln und diese eine gewisse Leistung abgeben, reicht es nicht aus, die Endgeräte mit Strom zu versorgen. Diese Endgeräte sind in der Regel elektrisch, sodass fast immer eine alternative Stromquelle erforderlich ist.

Wie bereits erwähnt, bestehen diese opto-elektrischen Wandler in der Regel aus einer Fotodiode oder einem Halbleiter. Um den korrekten Betrieb dieser Halbleiter zu gewährleisten, müssen bestimmte Bedingungen erfüllt sein, nämlich:

Bei fehlendem Licht darf der Rückstrom nicht sehr hoch sein, um sehr schwache optische Signale erkennen zu können.
Es muss eine große Bandbreite haben, um eine Reaktionsgeschwindigkeit bereitstellen zu können.
Die von diesen Halbleitern erzeugten Rauschpegel sollten minimal sein.

Es gibt wiederum zwei Arten von Detektoren, PIN-Photodioden und APD-Lawinen-Photodioden.

PIN-Detektoren

Dieser Detektortyp besteht aus einem Halbleiter, der aus drei Schichten besteht, die beiden äußeren Schichten sind eine vom P-Typ und eine vom N-Typ und die mittlere ist ein intrinsischer Halbleiter. Daraus leitet sich der PIN-Name ab. Dieses intrinsische Material wird in der Praxis normalerweise als Erweiterung von Material P oder Material N platziert.

APD-Detektoren

Dies sind Avalanche-Halbleiter. Diese Photodioden erzeugen bei Anlegen einer Sperrspannung eine Stromverstärkung. Die Funktionsweise dieser Halbleiter-Lawinendetektoren besteht darin, dass ein Elektron wandert und es auf ein Atom trifft, damit es ein weiteres Elektron freisetzen kann. Der Grund, warum Avalanche-Halbleiter verwendet werden, liegt darin, dass dieses gesendete Elektron eine ausreichende Energiemenge verarbeiten muss.

APD-Detektoren können je nach Material in drei Typen eingeteilt werden:

Siliziumdetektoren

Diese Detektortypen haben eine hohe Leistung und erzeugen geringe Rauschpegel. Die Stromversorgung dieser Melder liegt im Bereich von 200 V bis 300 V

Germaniumdetektoren

Im Allgemeinen arbeitet es mit Wellenlängen im Bereich von 1000 und 1300 nm, wenn auch mit etwas geringerer Leistung.

Detektoren andere Materialien

Diese Detektoren bestehen aus Materialien oder Chemikalien, die sich in den Gruppen III und V des Periodensystems befinden.

Arten des Glasfaserpolierens

Die Polierarten hängen von den Anschlüssen ab, die sich an den Enden des Lichtwellenleiters befinden, sie können nach ihrer Polierart klassifiziert werden. Diese Art des Polierens variiert je nach Art der Verbindung.

Plano: Dieses Polieren hinterlässt die Enden der Faser glatt und senkrecht zu ihrer Achse, dh völlig flach.

PC (Physischer Kontakt): Die Fasern sind konvex abgeschlossen, sodass die Kerne beider Fasern in Kontakt stehen.

SPC (Super-PC): Es ist ähnlich wie PSP, die Kanten sind ein wenig hellgrau, so dass es wie eine dreieckige Figur ohne Punkt in der Mitte aussieht, aber es ist flach.

UPC (Ultra-PC): gleich SPC, aber Kanten werden weiter so genannt, dass nur die Mitte der Faser die Ebene ist.

Verbesserter UPC: Es ist eine profiliertere Version als die vorherige, daher muss der Kontakt äußerst präzise sein.

APC (Winkel-PC): Diese Art des Polierens besteht darin, ein Profil mit einem bestimmten Winkel herzustellen. Dieser Winkel ermöglicht es, den physischen Kontakt zwischen den Kernen beider Teile mit größerer Genauigkeit zu gewährleisten.

Glasfaser-Steckverbinder

Die Steckverbinder sind die Elemente, die den Anschluss der Glasfaser an das Endgerät ermöglichen. Diese Endgeräte haben Computer-Kommunikationsports für Glasfaseranschluss. Je nach Porttyp wird dann ein bestimmter Steckertyp für den Glasfaseranschluss verwendet. Es ist ähnlich wie bei herkömmlichen Kabeln, zum Beispiel bei Koaxialkabeln gibt es verschiedene Arten von Steckern und jeder erfüllt eine Funktion.

Kurz gesagt, die Arten von Steckverbindern für Glasfaser sind:

FC
FDDI
LC- und MT-Array
SC und SC-Duplex
ST oder BFOC

Die Steckverbinder, die üblicherweise in Glasfasern, speziell für lokale Netzwerke, verwendet werden, sind ST-, LC-, FC- und SC-Steckverbinder.

Glasfaserkabel

Ein Glasfaserkabel besteht aus der Gruppe mehrerer Glasfasern, durch die unterschiedliche Signale gesehen werden. Jede Glasfaser kann große Datenmengen aus verschiedenen Quellen senden, sodass ein Glasfaserkabel gleichzeitig Informationen von verschiedenen Diensten senden kann.

Glasfaserkabel sind die praktikabelste Alternative für den Ersatz von Koaxialkabeln in der Telekommunikations- und Elektronikindustrie. Selbst ein Kabel mit 8 Lichtwellenleitern ist noch deutlich kleiner als herkömmliche Kabel. Ein Glasfaserkabel kann die Informationen senden, die denen von 60 Kupferkabeln mit 1623 Paaren oder 4 Koaxialkabeln mit 8 Rohren entsprechen. Darüber hinaus können Glasfasern Informationen über größere Entfernungen senden, ohne dass so viele Repeater oder Verstärker platziert werden müssen, wie dies bei der Verwendung von Kupferkabeln der Fall wäre.

Außerdem ist es wichtig, den Gewichtsunterschied zwischen dem Glasfaserkabel und dem Kupferkabel hervorzuheben. Ein 8-Faser-Glasfaserkabel kann beispielsweise nur 30 kg pro Kilometer wiegen, während ein Koaxialkabel bis zu 45 kg pro Kilometer wiegen kann. Ebenso ermöglicht Glasfaser einen einzelnen Lauf von 2 bis 4 Kilometern Abstand. Bei Koaxialkabeln sind nur Strecken von 250 bis 300 Metern möglich.

Es ist jedoch auch richtig, dass optische Fasern eine zusätzliche Beschichtung und andere Elemente benötigen, die bei ihrer Installation eine Verstärkung bieten. Dies geschieht, um die Leitung nicht zu gefährden und in Zukunft aufgrund ihrer Zerbrechlichkeit Brüche auftreten können.

Kabeleigenschaften

Diese Glasfaserkabel haben unterschiedliche Funktionen. An erster Stelle ist zu erwähnen, dass es als Element dient, das die internen Lichtwellenleiter schützt, damit sie keine Schäden oder Brüche erleiden, die zum Zeitpunkt der Kabelinstallation oder während ihrer Nutzungsdauer, die im Allgemeinen 20 Jahre beträgt, auftreten können . .

Zweitens verleihen faseroptische Kabel der internen optischen Faser eine mechanische Steifigkeit, so dass sie Zug-Druck-Torsions-Bedingungen und den Umgebungsfaktoren, denen sie ausgesetzt sein kann, standhalten kann. Aus diesem Grund werden neben dem Kabel auch andere Elemente eingebaut, um die Glasfaser zu verstärken und von diesen äußeren Einflüssen und Kräften zu isolieren, denen sie ausgesetzt ist.

Diese Kabel können eine unterirdische, unterseeische oder transozeanische oder Luftinstallation haben. Einer der kritischsten Punkte eines Systems mit Glasfaserkabeln ist der Zeitpunkt der Installation, weshalb bestimmte Elemente verwendet werden, um die Glasfaser vor Beschädigungen zu schützen.

Design und Elemente von Glasfaserkabeln

Die Rolle, die ein Glasfaserkabel spielen wird, bestimmt seine Struktur. Aber auch wenn sie für verschiedene Funktionen verwendet werden können, haben alle Glasfaserkabel viele Elemente gemeinsam, nämlich die sekundäre Ummantelung, die inneren Fasern, die Elemente, die zur Verstärkung und Struktur des Kabels beitragen, der Mantel, der sich zusammenfügt alle Fasergarne und feuchtigkeitsisolierende Materialien. Sekundärbeschichtungen können in drei Arten unterteilt werden:

Anschmiegsamer Liner

Dieser Liner ist im Allgemeinen eine massive ringförmige Krone aus Nylon oder Polyester, die den primären Liner bedeckt. Daher erhöht diese Sekundärbeschichtung den Enddurchmesser der Lichtleitfaser. Die Funktion dieser Beschichtung besteht darin, einen Schutz gegen Mikrokrümmungen bereitzustellen, die in der optischen Faser vorhanden sein können. Obwohl diese Beschichtung vor diesen Biegungen schützt, ist es jedoch wichtig, bei der Installation des Lichtwellenleiters wachsam zu sein, da sie zum Zeitpunkt der Installation noch auftreten können.

Hohler loser Liner

Dieser Liner hat einen übergroßen Raum, der aus einem Hohlrohr besteht, das aus Metall besteht und mit Kunststoff kombiniert wird. Dies macht diesen Schlauch zu einem harten Material, aber gleichzeitig flexibel. Der Zweck einer überdimensionierten Ummantelung besteht darin, die optische Faser vor Vibrationen, Temperaturen und mechanischen Kräften zu schützen.

Lockeres Futter mit Polsterung

Es ist die gleiche Beschichtung wie oben erwähnt, aber im Inneren ist ein Material eingebracht, das Feuchtigkeit isolieren kann. Durch das Einbringen eines hydrophoben Materials im Inneren wird verhindert, dass Wasser in die Glasfaser gelangt. Es schützt nicht nur vor Vibrationen und anderen Umwelteinflüssen, sondern ist auch in der Lage, bestimmten Temperaturen standzuhalten. Es ist üblich, dass von Erdöl oder Silikon abgeleitete Materialien verwendet werden.

Strukturelemente

Diese Elemente sind die Strukturen, die als zentrale Führung für den Weg dienen, dem die Glasfaser folgen muss. Entlang dieser Struktur werden Lichtwellenleiter entweder verteilt oder um sie herum geflochten. Im Allgemeinen weisen diese Strukturen Kanäle oder Rillen auf, die als zusätzliche Führung für die optische Faser dienen.

Verstärkungselemente

Wie der Name schon sagt, besteht ihre Aufgabe darin, das Lichtwellenleiterkabel zusätzlich zu verstärken, um die Zugkräfte, denen die Fasern ausgesetzt sein können, so weit wie möglich zu isolieren und außerdem keine signifikanten Dehnungen zu verursachen, die Kernbrüche verursachen. Neben dem Dehnungsschutz schützt es auch Lichtwellenleiter vor Knicken und Vibrationen. Die am häufigsten verwendeten Materialien für Verstärkungsstrukturen sind Kevlar-Glasfaser und Stahl, da sie flexible Materialien sind, aber auch eine Festigkeit aufweisen.

Hülle

Alle Glasfaserkabel haben einen Mantel, der üblicherweise aus Kunststoff besteht. Dieser Mantel ist die äußere Hülle des Glasfaserkabels und seine Funktion besteht darin, den Kern vor äußeren Einflüssen, Kräften und Phänomenen wie Feuchtigkeit, Temperatur, Vibrationen usw. zu schützen.

Die Materialien, aus denen unsere Abdeckungen bestehen, variieren je nach Installation und Anwendung, z. B. müssen optische Kabel, die interozeanisch sind, vor Feuchtigkeit, atmosphärischem Druck und sogar vor Haibissen schützen. Wenn es sich um ein Glasfaserkabel handelt, das in der Luft verlegt wird, muss der Mantel die Ader vor durch den Wind erzeugten Vibrationen und Knicken sowie vor Temperaturen und Feuchtigkeit schützen. Oder wenn die Installation schließlich unterirdisch erfolgen soll, muss die Abdeckung etwas schwerer sein, um Stößen und Drücken, beispielsweise im Fahrzeugverkehr, standzuhalten.

Spleißtechniken

Es ist üblich, dass bei sehr großen Bahnen, bis zu mehr als 120 Kilometern, Spleiße zwischen den Fasern hergestellt werden müssen, da es kaum eine Endlosfaser mit dieser Länge gibt. Und selbst bei einem Bruch ist es notwendig, diese Art der Reparatur durchzuführen.

Die verschiedenen Arten von Spleißen, die es gibt, sind die folgenden:

Mechanischer Spleiß

Diese Art von Spleiß besteht aus einer Art Muffe, in die die beiden Fasern eingeführt und durch eine mechanische Verdrillung die beiden Kerne verbunden werden. Diese Spleiße werden im Allgemeinen vorübergehend verwendet oder wenn ein Fusionsspleißen als unnötig erachtet wird. Die mit dieser Spleißzeit verbundenen Verluste liegen in der Größenordnung von 0,5 dB.

Spleißen mit Klebstoffen

In diesem Fall wird ein spezieller transparenter Kleber aufgetragen, der es ermöglicht, die beiden Enden der Faser zu verbinden, und diese Union wird mit einer Art externer Verstärkung geschützt. Es hat Verluste von 0.2 dB, ist aber meist nicht sehr zuverlässig, da der Kleber dazu neigen kann, sich wieder abzulösen.

Fusionsspleißen

Ein Werkzeug namens Fusionsspleißgerät wird verwendet, wenn feinere und präzisere Arbeiten ausgeführt werden. Bei dieser Arbeit muss der Bediener die Faser vorher vorbereiten, bevor er die Enden in dieses Spleißgerät einführt. Mit diesem Tool kann visualisiert werden, ob die Enden verunreinigend wirken oder ob ein feineres Polieren erforderlich ist oder ob eine bessere Ausrichtung zwischen den Fasern vorhanden sein sollte. Wenn alle diese Anforderungen erfüllt sind, heizt es nur diesen Bereich, schmilzt die Faser und verbindet so ihre Kerne. Die Verluste dieser Spleißstelle betragen 0.02 dB.

Dämpfung in Glasfaserkabeln

Unter Dämpfung versteht man die in der Übertragungsleitung auftretenden Leistungsverluste. Seine Maßeinheit ist das Dezibel (dB). In der Faseroptik gibt es verschiedene Gründe, warum im Kabel Dämpfung auftritt. Es gibt zwei Arten von Verlusten, nämlich intrinsischer Verlust oder Verlust und extrinsischer Verlust.

Eigendämpfungen sind solche, die durch die chemische Zusammensetzung und andere Faktoren ihrer Herstellung erzeugt werden. Das sind die Ursachen, die Teil der Zusammensetzung von Silizium und Germanium und der Gewindeherstellungsverfahren sind. So sehr sich die Prozesse auch noch weiter verbessern können, ohne Verdünnung wird es nicht möglich sein, ein Fasergarn zu erreichen.

Andererseits sind extrinsische Dämpfungen solche, die durch äußere Faktoren wie Verunreinigungen, schlechte Verbindungen, falsches Polieren ihrer Profile, Fugen usw. erzeugt werden. Diese Dämpfung ist bzw. können die Verluste wiederum wie folgt klassifiziert werden:

Absorptionsverluste

Diese Art der Dämpfung tritt auf, wenn Verunreinigungen in der Faser vorhanden sind. Diese Verunreinigungen absorbieren oder unterbrechen den Lichtdurchgang. Diese Absorption wandelt normalerweise Licht in Wärmeenergie um und erzeugt Verluste von 1 bis 1000 dB / km.

Verlust von Rayleigh

Bei der Herstellung der optischen Faser gibt es einen Moment ihrer Abkühlung, in dem die Faser nicht in einem flüssigen und festen Zustand ist, und es ist möglich, dass beim Strecken eine falsche Spannung ausgeübt wird, dies kann zu mikroskopischen Unregelmäßigkeiten führen. Diese Unregelmäßigkeiten verursachen die Beugung der Lichtstrahlen, wenn sie sie passieren.

Dispersionen

Dispersion tritt auf, wenn sich der Brechungsindex ändert und das Licht daher anders als erwartet gebrochen wird, dies geschieht aufgrund von Mikrorissen in der Faser, Schadstoffen oder intrinsischen Gründen der Faser.

Intermodale Dispersion

Diese Art der Dispersion tritt auf, wenn es einen Unterschied in der Ausbreitungszeit des Lichts gibt, wenn sie verschiedene Wege innerhalb des Kerns der Faser nehmen. Es kann auch unter dem Namen Modaldispersion bekannt sein. Diese Art der Dispersion tritt nur in Multimode-Fasern auf.

Chromatische Dispersion des Materials: Dies ist das Ergebnis der unterschiedlichen Wellenlängen des Lichts, das sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten durch ein bestimmtes Medium ausbreitet.

Chromatische Dispersion des Wellenleiters: Sie ist eine Funktion der Bandbreite des Informationssignals und die Konfiguration des Leiters ist im Allgemeinen kleiner als die vorherige Dispersion und kann daher vernachlässigt werden.

Strahlungsverluste

Diese Verluste werden durch Knicke oder Knicke im Glasfaserkabel erzeugt. Dies geschieht im Allgemeinen zum Zeitpunkt der Installation oder wenn Krümmungen im Pfad des Lichtwellenleiters auftreten.

Kupplungsverluste

Beim Spleißen oder an Klemmstellen, an denen Steckverbinder erforderlich sind, ist immer eine Dämpfung vorhanden. Diese Dämpfungen sind normalerweise gering, aber nicht vernachlässigbar. Wie bei einer falschen Ausrichtung zwischen den Kernen muss dies jedoch korrigiert werden, um die Rückkehr von Wellen zu vermeiden.

Glasfaser-Arbeitsfenster

Diese Arbeitsfenster ermöglichen es uns, einen Teil des infraroten Lichtbandes des elektromagnetischen Spektrums zu nutzen. In diesem Fall handelt es sich um Fenster, bei denen die Wellenlängen in der Größenordnung von Nanometern liegen. Es hat sich bei verschiedenen Gelegenheiten gezeigt, dass beim Betrieb in diesen Arbeitsfenstern eine geringere Dämpfung auftritt. Im Einzelnen gibt es drei Fenster:

1. Arbeitsfenster: Die Wellenlänge liegt in der Größenordnung von neunhundertachtzig Nanometern.
2. Arbeitsfenster: In diesem Fall beträgt die Wellenlänge XNUMX Nanometer.
3. Arbeitsfenster: Die Wellenlänge liegt in der Größenordnung von eintausendfünfhundertfünfzig Nanometern. Dieses letzte Fenster ist in das S-Band, das C-Band und das L-Band unterteilt.

Glasfaserverbindungen

Es gibt zwei Formen von Glasfaserverbindungen in einem Netzwerksystem. Diese Topologien sind Punkt-zu-Punkt-Netzwerke und Punkt-zu-Mehrpunkt-Netzwerke.

Punkt-zu-Punkt-Netzwerke sind solche, bei denen ein Knoten von der Informationsquelle direkt zu den Unternehmen, dem Heim oder den Benutzern generiert wird, die den Dienst benötigen. Mit anderen Worten, es gibt keinen Vermittler oder anderen Knoten im Netzwerk zwischen dem Benutzer und dem Dienst.

Point-to-Multipoint-Netzwerke sind solche, die einen Splitter oder optische Separatoren erfordern, ähnlich wie beim Fernsehen, die es uns ermöglichen, verschiedene Fernseher anzuschließen, selbst wenn der Kabelanbieter nur ein Koaxialkabel liefert. Aus dem Sender tritt dann eine Glasfaser aus, die das Signal durch die optischen Splitter auf zwei, vier, sechs und bis zu acht Teilnehmer aufteilt. In sehr breiten Netzwerken wird eine dieser acht Divisionen verwendet, um einen weiteren optischen Splitter in das Netzwerk einzubinden, der weitere 8 Benutzer versorgen kann. Diese Unterteilungen haben jedoch eine Grenze und erfordern Verstärker auf ihrem Weg.

Optische Verstärker

Sie bestehen nach wie vor aus Lichtwellenleitern, werden aber im Herstellungsprozess mit verschiedenen chemischen Komponenten, insbesondere Seltenen Erden, dotiert. Einer der am weitesten verbreiteten faseroptischen Verstärker ist die Erbium-Dotierung.

Dieser Verstärker wird allgemein als EDFA für seine Abkürzung in Englisch gefunden. Dieser Verstärker arbeitet im dritten Arbeitsfenster, nämlich im C-Band und L-Band, kann aber auch im S-Band arbeiten, benötigt aber andere Mittel oder zusätzliche chemische Komponenten.

Die Verstärkung des optischen Signals kann zwischen fünfzehn und vierzig Dezibel betragen. Sie besteht normalerweise aus einer in einem rechteckigen Gehäuse gelagerten Lichtleitfaser und kann eine dotierte Faserlänge von zehn bis sechzig Metern aufweisen.

Zusammenfassung

Faseroptik ist ein Übertragungsmedium, das Daten durch Lichtstrahlen sendet. Die Prinzipien, auf denen der Lichtwellenleiter beruht, liegen in den Gesetzen der optischen Geometrie, insbesondere im Brechungsgesetz.

In ihren Anfängen wurden verschiedene Studien durchgeführt, die sich gegenseitig ergänzten, bis die heute bekannte Glasfaser entwickelt werden konnte. In diesen Studien wurde beobachtet, dass die Transparenz des Faser- oder Kernfadens wesentlich war, um Dämpfungen zu reduzieren und die minimalen Verluste von heute 0.02 dB / Km zu erreichen.

Gemeinsame Komponenten optischer Fasern sind Siliziumoxid und Germanium. Die Mantelkomponenten, die den Kern bedecken, bestehen im Allgemeinen aus einer Art Kunststoff. Dann kommt ein Mantel, der für mechanische Steifigkeit sorgt, der aus Nylon oder Kevlar bestehen kann, und schließlich ein Kunststoffmantel, der das gesamte Kabel schützt und die Faser vor äußeren Einflüssen isoliert.

Es gibt verschiedene Herstellungsverfahren, die sind:

MCVD (modifizierte chemische Gasphasenabscheidung)
VAD (Axiale Dampfabscheidung)
OVD (Außendampfabscheidung)
PCVD (chemische Plasma-Gasphasenabscheidung)

Unabhängig von der Art des verwendeten Verfahrens ist allen diesen gemeinsam, dass der Preform-Streckprozess durchgeführt wird.

Die Anwendungen der Faseroptik sind vielfältig. In der Kommunikation wurden sie aufgrund ihrer großen Bandbreite und der erreichbaren Übertragungsgeschwindigkeit sowie der Zuverlässigkeit oder Sicherheit der von diesem System bereitgestellten Informationen zu einem der Mittel oder Übertragungswege schlechthin. In Sensoren, die die Erkennung von Bedingungen oder Parametern wie Temperatur, Feuchtigkeit, Luftdruck und sogar für Sonarsysteme ermöglichen.

Es wird auch zur Beleuchtung verwendet, wie zum Beispiel bei dem flexiblen Endoskop, das Lichtleiter verwendet, um das Licht zu leiten, um Organe zu beleuchten und weniger invasive oder präzisere Operationen bequemer durchführen zu können. Ebenso für dekorative Effekte wie Weihnachtsbäume.

Es ist möglich, die Farben zu ändern, die ein Lichtwellenleiter anzeigt oder reflektiert, indem die Wellenlänge oder Frequenz variiert wird, die ihn durchläuft.

Einige der wichtigsten Vorteile von Glasfasern und ihrer Verwendung sind ihre Bandbreite, die Übertragungsgeschwindigkeit, die die Daten erreichen können, elektromagnetische Immunität, die Reduzierung von Platzbedarf und Gewicht sowie eine hohe Informationssicherheit.

Obwohl es sich auf der anderen Seite um eine fortschrittlichere und damit teurere Technologie handelt, sind Installation und Wartung komplexer als bei herkömmlichen Systemen, sie sind jedoch äußerst empfindlich und wenig tolerant gegenüber Temperaturen, Feuchtigkeit, Vibrationen und Dehnungen.

Es gibt zwei Arten von Optiken, je nachdem, wie viel Rauschen oder Moden sie übertragen können.

Multimode-Fasern sind solche, die verschiedene Wellenlängen gleichzeitig durch verschiedene Moden senden können, daher ihr Name. Im Vergleich zu Singlemode-Fasern haben Multimode-Fasern einen größeren Kern und der Brechungsindex zwischen Kern und Mantel unterscheidet sich, aber nur geringfügig. Die Wellen breiten sich also im Kern aus und prallen von den Wänden des Kerns ab. Sie werden für kurze Strecken oder Netzwerke verwendet. Es wird normalerweise dadurch gekennzeichnet, dass die Außenjacke normalerweise orange ist.

Singlemode-Fasern sind solche, die nur einen Übertragungsweg haben und deren Kern im Vergleich zu Multimode-Fasern kleiner ist. Der Übertragungsmodus ist normalerweise die Mittelachse des Kerns, da er in sehr großen Winkeln aufprallt. Sie unterscheiden sich normalerweise von Multimode, weil sie eine gelbe Außenjacke verwenden.

Nun gibt es je nach Design auch zwei Typen. Lichtwellenleiter mit lockerer Struktur sind solche, bei denen die Lichtwellenleiterstränge lose in den Rohren liegen, durch die sie geführt werden. Dieses Rohr kann hohl sein oder innen ein hydrophobes Material aufweisen, so dass es als Schutz des Lichtwellenleiters vor Feuchtigkeit dient.

Im Gegensatz dazu bestehen Tight-Structure-Kabel aus dem Zusammenfügen mehrerer Glasfaserstränge, die einzeln mit einem Mantel und einer Ummantelung umhüllt sind. Diese Fäden umgeben ein zentrales Stück und dieses ganze Set wird wiederum durch eine äußere Schicht geschützt.

In einem faseroptischen Kommunikationssystem gibt es einige Komponenten, die für eine erfolgreiche Übertragung notwendig sind. Zu diesen Komponenten gehören optische Sender wie LEDs oder Laser, opto-elektrische Wandler, die dafür verantwortlich sind, elektrische Signale in optische umzuwandeln, die durch die Faser gesendet werden und später die empfangenen optischen Signale wieder in elektrische umzuwandeln.

Außerdem gibt es die optischen Detektoren, die sind:

PIN
APD
Silizium
Germanium
Andere Materialien

Die Polierarten hängen von den Anschlüssen ab, die sich an den Enden des Lichtwellenleiters befinden, sie können nach ihrer Polierart klassifiziert werden.

Plano
PC (Physischer Kontakt)
SPC (Super-PC)
UPC (Ultra-PC)
Verbesserter UPC
APC (Winkel-PC)

Die Steckverbinder sind die Elemente, die den Anschluss der Glasfaser an das Endgerät ermöglichen. Die Steckverbinder, die üblicherweise in Glasfasern, speziell für lokale Netzwerke, verwendet werden, sind ST-, LC-, FC- und SC-Steckverbinder.

Mechanischer Spleiß: Diese Art von Spleiß besteht aus einer Art Muffe, in die die beiden Fasern eingeführt werden und eine mechanische Verdrillung erfolgt, um die beiden Kerne zu verbinden. Die mit dieser Spleißzeit verbundenen Verluste liegen in der Größenordnung von 0,5 dB.

Spleißen mit Klebstoffen: In diesem Fall wird ein spezieller transparenter Klebstoff aufgetragen, der es ermöglicht, die beiden Enden der Faser zu verbinden, und diese Verbindung wird durch eine Art äußerer Verstärkung geschützt. Es hat Verluste von 0.2 dB, ist aber meist nicht sehr zuverlässig, da der Kleber dazu neigen kann, sich wieder abzulösen.

Fusionsspleißen: Das Spleißgerät kann sichtbar machen, ob die Enden Verunreinigungen aufweisen oder ob eine feinere Politur erforderlich ist oder ob eine bessere Ausrichtung zwischen den Fasern vorhanden sein sollte. Dann heizt es nur diesen Bereich auf, schmilzt die Faser und verbindet so ihre Kerne. Die Verluste dieser Spleißstelle betragen 0.02 dB.

Die Rolle, die ein Glasfaserkabel spielen wird, bestimmt seine Struktur. Aber auch wenn sie für unterschiedliche Funktionen verwendet werden können, haben alle Glasfaserkabel viele Elemente gemeinsam, nämlich die Sekundärbeschichtung, die inneren Fasern, die Elemente, die zur Verstärkung und Struktur des Kabels beitragen, der Mantel, der alle gruppiert Fasergarne und feuchtigkeitsisolierende Materialien.

Es gibt Elemente, die den Aufbau und die Verstärkung des Glasfaserkabels unterstützen. Die Strukturelemente, die als zentrale Führung für den Weg dienen, dem der Lichtwellenleiter folgen muss. Entlang dieser Struktur werden Lichtwellenleiter entweder verteilt oder um sie herum geflochten. Im Allgemeinen weisen diese Strukturen Kanäle oder Rillen auf, die als zusätzliche Führung für die optische Faser dienen.

Die Verstärkungselemente verleihen dem Lichtwellenleiterkabel eine zusätzliche Verstärkung, um es von den Zugkräften zu isolieren, denen es ausgesetzt sein kann, und außerdem gibt es keine signifikante Dehnung, die Risse in den Adern erzeugen könnte.

Bei extrinsischen Dämpfungen gibt es mehrere Ursachen, die sind:

Absorptionsverluste
Verlust von Rayleigh
Dispersionen
Strahlungsverluste
Kupplungsverluste

Schlussfolgerungen

Glasfaser ist eine Übertragungsleitung, die heute eine höhere Geschwindigkeit und Effizienz bei der Übertragung von Daten ermöglicht. Auch wenn es sich um eine Technologie handelt, die weit reichend sein muss, um konventionelle Systeme ersetzen zu können, ist sie dennoch manchmal die beste Option für die Kommunikation.

Faseroptik ist jedoch im Vergleich zu herkömmlichen Systemen eine teure Technologie, da sie Geräte und optische Werkzeuge erfordert, die tendenziell teurer sind. Es erfordert auch eine entsprechende Ausbildung, um mit Lichtwellenleitern arbeiten zu können. Darüber hinaus ist die Installation in der Regel ein sehr heikler Prozess, und das Vorhandensein von Brüchen in der Faser kann zu erheblichen Verlusten führen, wenn sie nicht rechtzeitig behandelt wird. Außerdem müssen noch bestimmte Geräte entwickelt werden, damit die Technik und das System komplett optisch sind, da es beispielsweise noch keine optischen Speicher gibt.

Es ist üblich, dass Glasfasernetze über Backup-Systeme wie Ring oder Doppelring verfügen, die es ermöglichen, dass bei diesen Vorfällen die Informationen in eine andere Richtung übertragen werden können, um eine Unterbrechung des Dienstes für einen längeren Zeitraum zu vermeiden die Situation ist gelöst.

Glasfasersysteme sind sehr zuverlässig, da es praktisch unmöglich ist, das Netzwerk zu durchbrechen, ohne entdeckt zu werden oder die Datenübertragung zu unterbrechen. Deshalb ist es üblich, dass zwischen alliierten Ländern unter Wasser Glasfasern verlegt werden, wo sie sensible und geheime Informationen übertragen.

Was unterscheidet Glasfaser von anderen Medien in Datenrate und Übertragungskapazität. Darüber hinaus garantiert es einen minimalen Informationsverlust, da es in seinem Hauptelement nur eine sehr geringe Dämpfung aufweist, wodurch es überflüssig wird, so viele Restaurations- und Verstärkungsgeräte innerhalb des Systems zu installieren. Da sich Informationen mit Lichtgeschwindigkeit bewegen, ist eine erhebliche Migration großer Unternehmen auf diese Art von Technologie zu beobachten.