Glasfaser: Die Zukunft der Telekommunikation

Glasfaser ist die Zukunft der Telekommunikation. Die Welt der Datenübertragung hat einen Namen: die optische Faser. Mit dieser Technologie werden Informationen in einem Lichtstrahl übertragen, der durch Glasfaserleitungen genau dorthin gelangt, wo er benötigt wird.

Technologie und Internet der Zukunft

Wenn das Licht zur Datenübertragung eingeschaltet wird, sendet es ein digitales Signal. Dieses Signal wird an Vermittlungsstellen geleitet und erreicht in Zukunft direkt unsere Haushalte (Hogares). LWL-Schaltungen (Lichtwellenleiter) bestehen aus Glasfilamenten, die so dünn wie ein menschliches Haar sind – etwa ein Hundertstel Millimeter. Das so hergestellte Glas wird beschichtet und mit einer Schutzschicht versehen. Hier liegt die Zukunft des Internets, die die ärgerliche Langsamkeit von 20-Mbit-DSL-Leitungen beendet. Traditionelle Kupferkabel können hier nicht mithalten: In eine einzige optische Faser passen 20.000 bis 40.000 ADSL-Verbindungen.

Herstellung der optischen Faser

Die Produktion der Faser beginnt mit langen Glasröhren, die in Flusssäure (HF) gereinigt werden. Anschließend werden sie unter Gasheizung mit Silizium und Germanium (Ge) rotiert, um den Kern und die Ummantelung der Faser zu bilden. Im nächsten Schritt wird das Glas senkrecht aufgehängt und erhitzt, bis es bei 2000 °C weich wird und wie Honig von einem Löffel herabfällt, um den exakten Durchmesser zu erreichen. Die Faser wird dann durch UV-Lampen geführt, die eine schützende Acrylschicht bilden, und schließlich auf Rollen gewickelt oder in Kabeln verlegt.

Physikalische Grundlagen: Wie funktioniert Glasfaser?

Licht und Radiowellen sind elektromagnetische Wellen. Physiker erklären, dass diese durch Elektronensprünge in Atomen (Licht) oder die Bewegung von Elektronen in Radioantennen erzeugt werden. Die Ausbreitung des Lichts in der Faser basiert auf der Reflexion von Lichtwellen an der Grenzfläche zweier Medien mit unterschiedlicher optischer Dichte bzw. unterschiedlichem Brechungsindex.

Das Snellius-Gesetz und die Totalreflexion

Gemäß dem Reflexionsgesetz und dem Snellius-Gesetz (Brechungsgesetz) ändert ein Strahl seine Richtung, wenn er Medien unterschiedlicher Dichte passiert. Der Brechungsindex eines Mediums ist der Quotient aus der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum (3 x 10⁸ m/s) und der Geschwindigkeit im jeweiligen Medium. Die Formel lautet: n₁ · sin(i) = n₂ · sin(r), wobei n₁ und n₂ die Brechungsindizes der Medien sind und i sowie r die Einfalls- und Brechungswinkel darstellen.

Je nach Neigungswinkel kann der Lichtstrahl reflektiert werden oder das Medium durchdringen. Wenn der Einfallswinkel groß genug ist, kann der Strahl vollständig reflektiert werden. Dieses physikalische Prinzip der Totalreflexion ist die Grundlage der Glasfaseroptik. Die LWL-Faser fungiert als Wellenleiter, der ein Lichtsignal in seinem Inneren führt. Sie besteht aus zwei Schichten unterschiedlicher Dichte. Das Licht wird kontinuierlich reflektiert, ohne zu entweichen.

Arten von Glasfasern

Es gibt zwei Hauptarten von Fasern:

• Multimode-Fasern: Diese ermöglichen die Lichtbrechung über viele verschiedene Wege (Moden) und sind für kurze Distanzen geeignet.
• Single-Mode-Fasern: Diese erlauben die Lichtausbreitung nur über einen einzigen Pfad und können im Gegensatz zur Multimode-Faser deutlich größere Entfernungen überbrücken.