Glasfaseroptik
Die Faseroptik ist ein Teilgebiet der Optik. Während die Optik das Gebiet des Lichts ist, befasst sich die Faseroptik nur mit dem optischen Phänomen in Glasfasern. Faser bedeutet Faden, und wenn wir von Faseroptik sprechen, sind es in der Regel Glasfäden, durch die das Licht hindurchgehen kann. Alle physikalischen Phänomene und Telekommunikationsangelegenheiten umfassen die Faseroptik. Heute basiert der größte Teil des Internets auf Glasfaserkabeln. Sie sind die Abkömmlinge der elektrischen Kupferkabel. Aber wenn es bereits elektrische Kabel gibt, warum verwenden wir dann Glasfaserkabel?
Die bisherigen Standard-Telekommunikationskabel bestehen aus Kupfer oder anderen Leitermetallen. Diese Kabel transportieren Elektronen (oder meistens Strom genannt) von einem Ende zum anderen Ende. Mit Hilfe anderer Geräte transportiert dieser fließende Strom wertvolle Daten. Frühere Telefonleitungen und dann Internetleitungen wurden aus diesen Kabeln hergestellt.
Dann werden diese Kabel alt. Neue Technologien lösen diese alten Kabel ab. An diesem Punkt kommt die Glasfasertechnologie ins Spiel. Während die zu übertragenden Daten immer größer werden, funktionieren strombasierte Kabel nicht mehr. Im Jahr 1990 gab es insgesamt 2,6 Millionen Internetnutzer, während sich diese Zahl im Jahr 2016 um das 1310-fache auf 3,406 Milliarden Menschen erhöht hat. Bisher haben Sie festgestellt, dass die herkömmlichen Stromkabel die Daten nicht verarbeiten können und durch die neue Technologie der Glasfaser ersetzt werden.
Glasfaserkabel vs. Kupferkabel
Glasfaserkabel können mehr Daten übertragen als Kupferkabel. Um genau zu sein, übersteigt dieser Geschwindigkeitsunterschied das 10- bis 1000-fache. Dieser Kapazitätsunterschied bringt die Glasfaserkabel nach vorne. Aber das ist nicht der ganze Fall. Lichtwellenleiter sind in vielerlei Hinsicht besser als Kupferkabel. (Sie hat auch einige Mängel, aber dazu später mehr.) Wir betonen einen davon, nämlich die Übertragungskapazitäten. Der andere sind die Kosten. Um die Kosten zu verstehen, sollten wir uns ansehen, woraus Glasfaserkabel bestehen.
Wie Glasfaserkabel den Durchbruch schafften
Der Hauptbestandteil eines Glasfaserkabels ist eine optische Faser. Lichtwellenleiter werden aus Glas oder ähnlichen Materialien hergestellt. Der Zweck dieser Faser ist es, Licht (Photonen) zu übertragen. Daher sollte das Material transparent sein. Das übertragene Licht wird durch Lasergeräte erzeugt. Darüber hinaus sollten die Materialien haltbar, flexibel, billig und leicht herzustellen sein. Ich vermute, Sie haben nur die Flexibilität in Frage gestellt. Glas ist mit 9 Mikrometern Durchmesser erstaunlich flexibel. Dann sollte es praktikabel sein. Optische Fasern sind billig, weil die Menschen seit Tausenden von Jahren Erfahrung mit Glas haben. Sowohl industriell als auch handwerklich. Durch diese Erfahrung werden Glasfasern hergestellt. Ein Klumpen Glasmaterial wird in die Höhe gehängt und durch einen Prozess wird das Glas immer dünner und dünner. Von einem Durchmesser von Metern wird es zu 9 Mikrometern. Sie nennen Draw Towers zu hohen Orten, an denen sie hängen.
Ein Glasfaserkabel besteht nicht nur aus dem „Kern“. Wie Sie sich denken können, wird der Glasteil als „Kern“ bezeichnet. Aber das Licht breitet sich ungeschützt durch den Kern aus. Außerdem wird das Licht in verschiedene Richtungen gestreut. Das Licht braucht einen „Wellenleiter“ und geschützte Schichten. Um einen Wellenleiter herzustellen, wird der Kern mit einem Material beschichtet. Diese Beschichtung wird „Cladding“ genannt. Der Brechungsindex dieses Materials ist niedriger als der des Kerns. Es sorgt dafür, dass sich das Licht im Inneren des Kerns ausbreitet. Dann wird eine Schutzschicht aufgetragen. Sie wird „Beschichtung“ genannt. Für spezielle Anwendungen kann das Kabel mit vielen verschiedenen Materialien beschichtet werden.
Dazu gehören UV-Schutz und Strahlenschutz. Durch diese Schutzmaßnahmen können Glasfaserkabel überall eingesetzt werden, auch in der unterirdischen transatlantischen Telekommunikation.
Wie sich Photonen im Lichtwellenleiter bewegen
Wie wir wissen, bewegt sich das Licht (Photon) innerhalb des Kerns. Es prallt an den Faserwänden ab. Das Design der Glasfaserkabel ist nicht in der Lage, sich nach außen auszubreiten. Dennoch breiten sich einige von ihnen aus dem Kabel heraus aus. Dies wird als optischer Verlust bezeichnet. Wir werden uns mit dem optischen Verlust in einer anderen Rubrik befassen.