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Wenn es um das Thema Internet geht, hast du sicherlich schon einmal den Begriff Glasfaser gehört.
Glasfasern gehören zu den Lichtleitern.
Wie funktionieren Glasfaserkabel?
Was ist der Vorteil von Glasfaserkabeln im Gegensatz zu elektrischen Leitern?
simpleclub erklärt dir, was du zu dem Thema Lichtleiter wissen solltest!
Lichtleiter einfach erklärt
Lichtleiter Definition
Lichtleiter (bzw. Lichtwellenleiter) sind Kabel aus einem lichtleitenden Stoff wie Glas oder spezielle Kunststoffe die Licht leiten.
Der bekannteste Lichtleiter ist die Glasfaser.
Bei Lichtleitern wird der physikalische Effekt der Totalreflexion genutzt, um Licht zu leiten. Deswegen werden sie auch als Lichtwellenleiter bezeichnet.
Alle Einfallswinkel α, die Größer als der Grenzwinkel sind, führen zur Totalreflexion. Hier wird kein Licht mehr gebrochen, sondern nur noch reflektiert, obwohl das Medium Lichtdurchlässig ist.
Eine Totalreflexion kann nur beim Übertritt von einem optisch dichteren in ein optisch dünneres Medium geschehen.
Als Beispiel wird eine Glasfaser von Innen betrachtet.
- Sie besteht aus einem Glasfaserkern und einem Glasfasermantel. Beide Schichten haben eine unterschiedliche optische Dichte. Das Material des Mantels ist optisch dünner als das des Kerns.
- An dem Ende der Glasfaser fällt Licht ein. An der Grenzfläche zwischen dem Kern und dem Mantel wird der Lichtstrahl aufgrund der Totalreflexion reflektiert (zurückgeworfen).
- Das Licht bleibt in der Faser "gefangen" und wird weitergeleitet. Erst am anderen Ende ist es wieder sichtbar.
Glasfaserkabel Aufbau
Einzelne Glasfasern haben nur einen Durchmesser von 0,005 mm bis 0,5 mm.
Ein Glasfaserkabel besteht aus vielen einzelnen Glasfasern, die gebündelt werden. Außen herum erhalten sie eine Isolierschicht.
Glasfaserkabel Anwendung
Beleuchtung: Einfache Lichtleiter transportieren das Licht an den Ort, der beleuchtet werden soll (z.B. Beleuchtungen in Großraumbüros, Mikroskopbeleuchtungen, Endoskope).
Datenübertragung: Elektrische Signale werden mit elektrooptischen Wandlern in Lichtimpulse umgewandelt und durch das Lichtleitkabel übertragen. Am anderen Ende werden die Lichtimpulse wieder in elektrische Signale umgewandelt (z.B. Internet, Telefongespräche, Fernsehbilder oder Rundfunkprogramme).
Optische Sensoren: (zB. Spektrometer und anderen optische Messgeräte)
Vorteile von Glasfaserkabeln gegenüber elektrischen Leitern
- Höhere Reichweiten und Übertragungsraten als Kupferkabel.
- Leichter, dünner und haltbarer als Kupferkabel
- Weniger störanfällig und abhörsicherer, da keine elektrische Strahlung, Magnetfelder oder Temperaturschwankungen das Kabel beeinträchtigen können.
- Stark biegbar, ohne dass Licht austritt. Das ist gut für bautechnische Verlegungen. (Knicken sollte man die Lichtleiter aber nicht!)
Glasfaserkabel Verluste
Bei der Signalübertragung kann es zu Dämpfungen, also optischen Leistungsverlusten, kommen. Das hat die Reduzierung der Stärke des ausgebreiteten Signals zufolge.
Gründe können sein:
- Absorption
- Streuung
- Biegeverluste
- Kabelkern (Multimode oder Singlemode Kern)
- Verluste durch Materialeigenschaften
Glasfaserkabel Beispiele
Teste dein Wissen
Welcher Effekt ist dafür verantwortlich, dass das Licht im Lichtleiter „Gefangen bleibt“?
Lösung: Die Totalreflexion
Aus welchem Stoff bestehen Lichtleiter?
Lösung: Aus einem lichtleitenden Stoff wie Glas oder spezielle Kunststoffe.
Nenne zwei Anwendungsmöglichkeiten von Lichtleitern.
Lösung: Beleuchtung, Datenübertragung, Optische Sensoren
Nenne zwei Vorteile von Lichtleitern gegenüber elektrischen Leitern
Lösung: z.B. höhere Reichweite, haltbarer, leichter, dünner, abhörsicherer, weniger störanfällig,…
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