Die Faser:

Die Faser besteht aus einem extrem transparenten Glas (dielektrisches, isolierendes Material). Sie wird bei Wellenlängen von ca. 800 nm bis 1635 nm betrieben. Sie ist zylindrisch aus Kern- und Mantelglas und einem vor mechanischen Einflüssen schützenden Kunststoff aufgebaut. (siehe Bild oben). Die Führung des Lichtes im Faserkern wird durch unterschiedliche Brechzahlen des Kernes und des Mantels bewirkt. Dies erreicht man durch eine entsprechende Dotierung des Kernglases.

Das Übertragungsmedium Glasfaser ist naturgemäß völlig unempfindlich gegen elektromagnetische Störungen. Da außerdem Quarzglas ein guter Isolator ist, lassen sich metallfreie Leitungen (Kabel) herstellen. Sie eignet sich daher nicht nur hervorragend für das Übertragen von digitalen Signalen mit hohen Datenraten über lange Distanzen, sondern bietet sich auch an als Mess-, Steuer- und Überwachungsleitung in Hochspannungsanlagen oder in blitzgefährdeten Gebieten.

In ihrer Entstehungsgeschichte wurde die Glasfaser laufend weiterentwickelt, um die übertragungstechnischen Eigenschaften zu verbessern. Entsprechend des Brechungsindexprofils und der Anzahl der ausbreitungsfähigen Lichtwellen (Moden) lassen sich die daraus entstandenen Arten klassifizieren.

Fasertypen:

Einmodenfaser (Monomodefaser)

Bei der Einmodenfaser liegt der Kerndurchmesser in der Größenordnung der Wellenlänge des Lichtes, so dass nur noch eine Mode ausbreitungsfähig ist. Die Mode strahlt auch über den Kern hinaus in den Mantel.

Der Durchmesser des Lichtfleckes – auch Modenfelddurchmesser genannt – beträgt bei 1300 nm ca. 9 bis 10 µm. Für alle Berechnungen der Ein- und Auskopplung sowie der Verbindungsverlust in Spleiß(en)- und Steckverbindungen ist nur der Modenfelddurchmesser von Bedeutung, so dass in Datenblättern auch nur dieser und meist nicht der geometrische Kerndurchmesser angegeben wird. Durch die Monomodeausbreitung fällt eine Impulsverbreiterung durch die Wellenlängendispersion völlig weg. Die Bandbreite der Monomodefaser erreicht daher Werte von 1000 GHz/km und mehr.
Durch die kleinen Kerndurchmesser stellen Monomodefasern sehr hohe Forderungen an die Herstellungsverfahren und auch an die Spleiß- und Verbindungstechnik. Die ausgezeichneten Übertragungseigenschaften rechtfertigen jedoch den gegenüber anderen Fasertypen erhöhten Herstellungs- und Montageaufwand.

Die Monomodefaser entspricht voll den Ansprüchen, die aus den Erfordernissen der individuellen Breitbandkommunikation hervorgeht und wird deshalb hauptsächlich in postalen Netzen für digitale Sprachkommunikation und CATV eingesetzt. Durch die zunehmenden Datenraten hält sie jedoch auch in Datennetzen Einzug.

Mehrmodenfaser (Multimodefaser) mit Gradientenprofil

Stellt man eine Faser so her, dass die Brechzahl des Kernes nach außen hin abnimmt so werden die Lichtstrahlen, die unter einem Winkel kleiner als der Akzeptanzwinkel eingestrahlt werden, wieder nach innen gebeugt. Anstelle der Zickzacklinie, wie bei der Multimodefaser mit Stufenprofil, entsteht hier eine wellenförmige Linie des sich ausbreitenden Lichtes. Je weiter außen ein Strahl verläuft, um so schneller breitet er sich wegen des kleineren Brechungs-Koeffizienten aus.

Durch einen entsprechend berechneten Verlauf der Brechzahlverringerung nach außen hin (Brechzahl-Indexprofil) gelingt es, die Laufzeitunterschiede der Strahlen, die den längeren Weg zurücklegen, durch die höhere Ausbreitungsgeschwindigkeit auszugleichen.

Damit steigt die Bandbreite der Multimodegradientenfaser um das 20- bis 50-fache auf Werte von einigen GHz/km an. Bei sonst gleichen Daten verringert sich die Anzahl der ausbreitungsfähigen Moden, so dass die Einkopplung des Lichtes erhöhte Verluste verursacht. Doch dank des relativ großen Kerndurchmessers und des relativ hohen Bandbreiten-Längenproduktes eignet sich die Gradientenindexfaser, wie sie auch genannt wird, hervorragend im LAN-Bereich.

Mehrmodenfaser (Multimodefaser) mit Stufenprofil

Die Multimodefaser mit Stufenprofil besteht aus einem Kern von etwa 50 bis zu 200 µm Durchmesser und einem Mantel von 100 ... 250 µm Durchmesser. Die Brechzahl des Kerns ist deutlich höher als die des Mantels; sie ist dabei aber über den Radius konstant. An der Grenzfläche zwischen Kern und Mantel findet eine Totalreflexion der in die Faser eingekoppelten Lichtstrahlen statt. Alle Lichtwellen, die den maximalen Akzeptanzwinkel überschreiten, verlassen den Kern, treten in den Mantel über und sind damit nicht mehr nutzbar. Die aus dem Kern austretenden Strahlen verursachen somit Verluste bei der Einkopplung des Lichtes in die Faser. Die in der Faser geführten Lichtstrahlen verlaufen in einer Zickzack-Bewegung innerhalb der Faser.

Abhängig von der Wellenlänge und den geometrischen Faserabmessungen ist durch gegenseitige Auslöschung (Interferenz) nur eine bestimmt Anzahl von Lichtstrahlen (Moden) ausbreitungsfähig. Bei einem Kerndurchmesser von 100 µm sind dies einige tausend Moden. Diese Moden haben unterschiedliche Wegstrecken zurückzulegen, so dass sie nicht mehr zur gleichen Zeit am anderen Ende der Faser eintreffen. Dadurch ist die übertragbare Bandbreite beschränkt, so dass sich dieser Fasertyp nicht für die Überbrückung größerer Entfernungen eignet.

Sie wird heute nur noch selten für spezielle Einsatzgebiete hergestellt. Sie findet in LANs und in Telekommunikationsnetzen keine Anwendung.