LWL (Lichtwellenleiter)

Die Lichtleitertechnik ist ein alt bewährtes Prinzip, bei der elektrische Signale in Lichtsignale umgewandelt werden. Mit Hilfe von Glas-, Quarz- oder Kunststofffasern kann das Licht über lange Strecken transportiert werden. Am Ende der Übertragung werden die Lichtimpulse wieder in elektrische Signale umgewandelt.

Während die elektrischen Signale in Kupferleitungen als Elektronen von einem zum anderen Ende wandern, übernehmen in Glasfaserkabeln Photonen (Lichtteilchen) diese Aufgabe.
Licht kommt in beliebig vielen spektralen Farben vor. Jede Farbe des Lichtes wird einer bestimmten Frequenz der elektromagnetischen Welle zugeordnet. Durch die Verwendung unterschiedlicher Farben (Frequenzen) lassen sich auf einem Lichtwellenleiter mehrere Datenkanäle unabhängig betreiben. Das macht die Lichtwellenleiter zum Übertragungsmedium der Gegenwart und Zukunft.
Als Übertragungstechnik dient DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing), ein rein optisches Multiplexsystem. Es arbeitet, ähnlich wie Farbfilter, die nur genau definierte Wellenlängen des Lichtes (Farbspektrum) durchlassen.


Aufbau des Lichtwellenleiters



Lichtwellenleiter aus Kunststoff haben einen Durchmesser von etwa 0,1 mm und sind äußerst flexibel und empfindlich. Der Kern ist der zentrale Bereich eines LWL, der zur Wellenführung des Lichts dient. Der Kern besteht aus einem Material mit einem höheren Brechungsindex als der darüber liegende Mantel. An den Wänden im Innern des Lichtwellenleiters findet eine Reflexion statt, so dass der Lichtstrahl nahezu verlustfrei um jede Ecke geleitet wird. Das Mantelglas ist das optisch transparente Material eines LWL an dem die Reflexion stattfindet. Das Mantelglas oder auch Cladding genannt ist ein dielektrisches Material mit einem niedrigeren Brechungsindex als der Kern. Das dielektrische Material ist nicht metallisch und nicht leitend. Es enthält keine metallischen Anteile.
Das Coating ist die Kunststoffbeschichtung, die als mechanischen Schutz auf der Oberfläche des Mantelglases aufgebracht ist.
Buffering nennt man das Schutzmaterial, das auf dem Coating aufextrudiert ist um es Umwelteinflüssen zu schützen. Buffering gibt es auch als Röhrchen, das die Faser vor Stress im Kabel isoliert, wenn das Kabel bewegt wird.


Vorteile der Lichtwellenleiter gegenüber Kupferkabel

• Lichtwellenleiter können beliebig mit anderen Versorgungsleitungen parallel verlegt werden. Es gibt keinen elektromagnetischen Störeinfluss.
• Wegen der optischen Übertragung sind Störstrahlungen und Masseprobleme nicht vorhanden.
• Entfernungsbedingte Verluste des Signals wegen Induktivitäten, Kapazitäten und Widerständen treten nicht auf.
• Nahezu Frequenz-unabhängige Leitungsdämpfung der Signale.
• Übertragungsraten sind durch mehrere Trägerwellen mit unterschiedlichen Wellenlängen (Farbspektrum) fast unbegrenzt erweiterbar.

Allerdings sind Lichtwellenleiter teurer als Kupferleitungen. Die Kosten für Material und Montage, sowie der Montageaufwand sind höher. Dafür haben Lichtwellenleiter eine erheblich geringere Dämpfung und eignen sich auch für weitere Strecken.


LED- und Laser-Lichteinkopplung

Eine Multimode-Faser hat mehrere Moden. Bei der LED-Lichteinkopplung werden alle Moden einer Faser angeregt. LEDs füllen den gesamten Faserkern aus. Man spricht von einer Vollanregung. Die übertragbare Datenrate mit LED-Transceivern ist auf 622 MBit/s begrenzt. Wegen ihrer charakteristischen Schalthysterese ergibt sich die Trägheit für die Sende-LED. Bei Gigabit Ethernet (GbE) oder 10 Gigabit Ethernet (10 GbE) reicht ein LED-Transceiver nicht aus. Stattdessen verwendet man Laser zur Lichteinkopplung. Da Fabry-Perot- und Distributed-Feedback-Laser sehr teuer sind, werden die speziell für Lichtwellenleiter entwickelten VCSELs (Vertical Cavity Surface Emitting Lasers) von allen namhaften Hersteller verwendet. VCSELs sprechen bei der Lichteinkopplung nur wenige Moden an und haben eine Wellenlänge von 850 nm.
Allerdings entstehen bei der Laser-Lichteinkopplung in herkömmliche Multimodefasern häufig Störungen in Form der Centerline Dips. Der Centerline Dip ist eine Kerbe im Brechzahlprofil im Faserzentrum. Weitere Störungen können Abflachungen (Flat Tops) und Spitzen (Peaks) im Brechzahlprofil sein. Das Lasersignal bringt einen großen Teil der Gesamtleistung auf das Faserzentrum. Dadurch entsteht eine Verformung des idealen Übertragungssignals. Die Folge ist eine höhere Bitfehlerrate und die daraus folgende schlechte Nettodatenrate und ein Ausfall der Übertragung. Beim Einsatz von Komponenten mit Laser-Lichteinkopplung sind zwingend Laser-optimierte Lichtleiter zu verwenden.



Fachbegriffe