optisk fiber

Bjelkeprofil av en enkeltmodusfiber og en multimodefiber (fra venstre til høyre)
FO patchkabler montert med LC (over) og ST-kontakter (under)
Struktur av fiberoptisk kabel

Fiberoptiske kabler (LWL) eller fiberoptiske kabler (LLK) er kabler og ledninger for overføring av lys som består av fiberoptikk og er delvis satt sammen med kontakter . Lyset ledes i fibre laget av kvartsglass eller plast ( optiske polymerfibre ). De blir ofte referert til som fiberoptiske kabler , der flere optiske bølgeledere vanligvis er buntet, som også er forsterket mekanisk for å beskytte og stabilisere de enkelte fibrene.

Fra et fysisk synspunkt er optiske bølgeledere dielektriske bølgeledere . De består av konsentriske lag; i midten er den lysstyrende kjernen , som er omgitt av en kledning med litt lavere brytningsindeks og andre beskyttende lag laget av plast. Avhengig av applikasjonen har kjernen en diameter på noen få mikrometer til over en millimeter . Det skilles mellom optiske bølgeledere i henhold til forløpet for brytningsindeksen mellom kjerne og kledning ( trinnindeks eller gradientindeksfibre ) og antall vibrasjonsmodi som kan forplante seg , noe som er begrenset av kjernediameteren.

Multimode fibre , der flere tusen moduser kan forplante seg, har en sterkt strukturert bjelkeprofil (se bildet til høyre). I enkeltmodusfibre som har en veldig liten kjernediameter, kan bare den såkalte basismodusen forplante seg, hvis intensitet er omtrent normalt fordelt i radial retning . Antallet forekommende moduser påvirker signaloverføringen, siden hver modus tar forskjellig lengde på lysveien. Derfor, med økende lengde, viser multimodefibre større signalforfalskning ( modusdispersjon ) enn enkeltmodusfibre , som derfor er mer egnet for signaloverføring over lange avstander.

Fiberoptiske kabler brukes primært i kommunikasjonsteknikk som et overføringsmedium for kablede kommunikasjonssystemer i fiberoptiske nettverk og har erstattet elektrisk overføring på kobberkabler i mange områder fordi de oppnår større områder og overføringshastigheter . Optiske fibre brukes også på en rekke måter i andre områder, for eksempel

historie

Allerede i 1870 prøvde John Tyndall å lede lys gjennom en vannstråle. I årene som fulgte var forskere og teknikere over hele verden opptatt av mulighetene for å overføre lyssignaler gjennom forskjellige medier. På midten av 1950-tallet ble optiske ledere hovedsakelig brukt til å belyse indre organer innen medisinsk teknologi ; tapet av lys i den optiske lederen var fortsatt for stort for andre applikasjoner. Det var først med utviklingen av den første laseren av Theodore Maiman i 1960 at det var mulig å transportere lys gjennom et medium konsentrert. Den målrettede overføringen av informasjon via fiberoptikk flyttet nå fra eksperimentfasen til den tekniske implementeringen.

Det første optoelektroniske fiberoptiske systemet ble oppfunnet av Manfred Börner i 1965 . Han designet et langtrekkende optisk overføringssystem som kombinerte laserdioder , glassfibre og fotodioder . I 1966 søkte han patent på systemet for selskapet AEG - Telefunken . Alle optiske langdistanseoverføringssystemer fungerer fremdeles i dag i henhold til dette systemprinsippet foreslått av Manfred Börner. I 1990 ble Börner tildelt Eduard Rhein-prisen for sin oppfinnelse .

I 1966 oppdaget Charles Kuen Kao og George Hockham at spesielt urenheter i glasset fører til tap under overføring. Kao ble hedret med Nobelprisen i fysikk i 2009 for sitt banebrytende arbeid innen fiberoptikk . I 1970 produserte og utviklet det amerikanske selskapet Corning Inc. den første fiberoptiske kabelen som var i stand til å overføre signaler over lange avstander uten store tap. Fra nå av ble bruken av fiberoptiske kabler for overføring av telefonsignaler stadig fremmet, og allerede i 1978 koblet Deutsche Bundespost sentralene i Aßmannshauser Strasse og Uhlandstrasse i Berlin-Wilmersdorf over en ca. 4 km lang tilkoblingsrute laget av flere glassfibre. I årene som fulgte ble fiberoptiske kabler kontinuerlig forbedret, og stadig større datamengder kunne overføres over stadig lengre avstander med stadig høyere datahastigheter. I 1985 sendte for eksempel British Telecom først signaler uten mellomforsterkning over en avstand på 250 km.

I 1987 utviklet Heraeus en prosess for produksjon av syntetisk kvartsglass med høy renhet fra gassfasen. Ved å bruke syntetisk kvartsglass kan metallisk forurensning og spor av fuktighet i naturlig kvartsglass reduseres med flere størrelsesordener. Kvartsglassforformene produsert av Heraeus utgjør rundt 95 prosent av glassfibrene for optisk kommunikasjon.

I begynnelsen hadde fiberoptikk for mye demping sammenlignet med elektriske koaksialkabler , som utelukket deres bruk over lengre avstander. Dette har blitt reversert gjennom årene. I dag spenner fiberoptiske kabler over planeten vår og danner ryggraden i global kommunikasjon og informasjonsoverføring. AT&T , NEC og Corning satte ny verdensrekord i mai 2009. De overførte over en avstand på 580 km på en enkelt glassfiber med en dataoverføringshastighet på 114 gigabit per sekund på hver kanal og oppnådde dermed en total dataoverføringshastighet på 32 terabit per sekund på 320 kanaler.

konstruksjon

Typisk konstruksjon av en fiber:
1 - kjernen (engl. Core )
2 - shell (engl. Cladding ) med n K  >  n M
3 - beskyttende belegg (engl. Coating og / eller buffer ) og
4 - ytter shell (engl. Jakke ). For proporsjoner til de enkelte områdene, se tabellen i teksten.
Struktur av underjordisk fiberoptisk kabel

Glassfibrene, kjent som optiske bølgeledere, består av en kjerne ( 1 - engelsk kjerne ) og en omkringliggende kledning ( 2 - kledning ) med litt lavere brytningsindeks ( n kjerne  >  n kledning ). Strålingen styres av den resulterende totale refleksjonen ved grenselaget til kjernen. Kledningen består vanligvis av rent kvartsglass (SiO 2 ). Den høyere brytningsindeksen i kjernen oppnås ved doping med germanium eller fosfor , noe som resulterer i små mengder germaniumdioksid (GeO 2 ) eller fosforpentoksid (P 2 O 5 ) i den amorfe silisiumdioksydstrukturen i kvartsglasset . Det er imidlertid også mulig å fremstille kjernen fra ren SiO 2 og til DOP klednings med bor eller fluor , noe som fører til en reduksjon i brytningsindeksen. (Ren SiO 2- kjerner er bedre egnet for overføring av bølgelengder i det blå og ultrafiolette spektralområdet.)

Jakken har også et beskyttende belegg ( 3 - engelsk belegg og / eller buffer ) og et ytre beskyttelsesdeksel ( 4 - engelsk kappe ). Kappebelegget er en beskyttelse mot mekanisk skade og består vanligvis av et belegg laget av spesiell plast (som polyimid , akryl eller silikon ), som også beskytter fiberen mot fuktighet. Uten belegg vil mikrosprengene på fiberoverflaten føre til en betydelig reduksjon i den mekaniske bæreevnen.

Patchkabler (for det meste simpleks eller dupleks ) og underjordiske kabler med flere kjerner kan utformes som fiberoptiske kabler. I patch-kabler, blir de individuelle glassfibrene som er beskyttet av et plast- eller metallkappe , og underjordiske kabler er i tillegg utstyrt med metalltråder eller kabler for mekanisk stabilisering på innsiden, og eventuelt med en metallarmering på utsiden for å beskytte mot skader fra utsiden (for eksempel dyrebitt).

Kjernen til optiske polymerfibre (POF) består for det meste av polymetylmetakrylat (PMMA) og sjeldnere av polykarbonat (PC). Kledningen av disse fibrene er lett dopet med fluor for å oppnå en lavere brytningsindeks. Belegg kan dispenseres med POF, da materialet som brukes er mindre følsomt for mekanisk belastning enn kvartsglass. Det er også fibre med en kvartsglasskjerne og en kappe laget av fluordotert plast, som blir referert til som hardkledde silisiumfibre (HCS) eller polymerbelagte silisiumfibre (PCS). For å forbedre de mekaniske og termiske egenskapene kan de også få et belegg (noen ganger laget av etylen-tetrafluoretylen - ETFE).

Hvordan det fungerer og typer

Mulig løsning av Maxwell-bølge ligningen i trinnprofil multimode fiber. Dette er

Optiske bølgeledere er dielektriske bølgeledere for overføring av elektromagnetisk stråling fra UV (ca. 350 nm) til IR- spektralområdet (ca. 2500 nm). Avhengig av geometri og tilstand, kan bare visse vibrasjonsmodi forplante seg i dem , som skiller seg fra hverandre i den romlige fordelingen av den elektriske og magnetiske feltstyrken . I metallbølgeledere er modusene tverrelektriske (TE) og tverrmagnetiske (TM), noe som betyr at deres elektriske eller magnetiske feltstyrke er justert rent på tvers av forplantningsretningen, den tilsvarende langsgående feltkomponenten forsvinner (TE-modus = E y , H x , H z [ E z = 0] eller TM-modus = H y , E x , E z [ H z = 0]). I motsetning til metallbølgeledere, forekommer TE- og TM-modusene i optiske bølgeledere generelt ikke separat fra hverandre, og som et resultat av den rotasjonssymmetriske brytningsindekskurven er det såkalte hybridmodi der begge feltkomponentene alltid er tilstede i retningen for forplantning. Disse blir referert til som HE ( E y , H x , H z ) eller EH-modus ( H y , E x , E z ) i henhold til hovedfeltkomponentene som er tilstede .

LP L, M modi i optiske bølgeledere
Indeksene karakteriserer strukturen av intensitetsfordelingen: m nuller i radial retning (vertikal rekke av bilder), 2 ·  l nuller med 360 ° dreining av den vinkelmessige koordinat ( l par av noder; horisontal rad av bilder). Svart er områder med negativ feltstyrke; intensiteten (lysstyrken) proporsjonal med kvadratet til feltstyrken er like stor der som i de hvite områdene. Bare ved overgangene går intensiteten til null (nullpunkt for feltstyrken).

Når det gjelder optiske bølgeledere, er forskjellen i brytningsindeks mellom kjerne og kledning generelt veldig liten (Δ ≈ 0,003); man snakker om en svakt ledende bølgeleder . For dette spesielle tilfellet er tverrfeltkomponentene omtrent lineært polarisert, og feltkomponentene i forplantningsretningen er ubetydelige. Modiene tilnærmet på denne måten kalles lineær polarisert (LP). Ved betegnelsen av LP l, m- modusene karakteriserer indeksene strukturen til intensitetsfordelingen: m nuller i radiell retning, 2 ·  l nuller med 360 ° rotasjon av vinkelkoordinaten ( l par noder). Modiene oppstår fra hybridmodusene og er delvis lineære kombinasjoner av individuelle HE / EH-modus. (I hybridmodusene angir indeksene strukturen i X- og Y-retningene, for eksempel er LP 01- modus avledet fra HE 11- modus).

Avhengig av kjernediameteren og forskjellen i brytningsindeks, kan bare grunnleggende modus eller flere høyere moduser forplante seg i en optisk bølgeleder. Klassifiseringen er gjort i single-mode fibre ( SMF), der bare LP 01 basismodus kan forplante seg for bestemte bølgelengdeområder , og multimode fibre ( multi-mode fiber , MMF), som vanligvis er mer enn hundre til flere tusen modus.

Når det gjelder fiberstrukturen, skilles det ytterligere mellom de to typer fiber:

  • Når det gjelder multimodefibre, skilles det mellom trinnindeksfibre og gradientindeksfibre , hvor brytningsindeksen endres radielt utover mellom kjernen og kledningsglasset i form av et trinn, og med sistnevnte endring kontinuerlig i form av en parabel .
  • Enkeltmodusfibre er vanligvis bare tilgjengelige som trinnindeksfibre, men visse egenskaper kan manipuleres målrettet ved å innføre spesielle strukturer eller dopingprofiler. For eksempel i polarisasjonsopprettholdende , dispersjonskompenserende eller bøyningsfølsomme enkeltmodusfibre .

Multimode fiber

Størrelsesforhold for kjerne, kledning og beleggdiameter for den vanligste 50 µm multimode fibertypen (venstre, toppen) så vel som for andre større fibertyper ( nøyaktig diameter: se tabell ).
Lysveiledning gjennom total refleksjon i en multimode trinnindeks glassfiber: Hendelsesstråler utenfor akseptanskjeglen blir ikke ført i fiberen og går tapt.

Kjernediameteren til multimodefibre er 50 um til over 1500 um. De mest brukte multimode glassfibrene i telekommunikasjonssektoren er 50 mikrometer og 62,5 mikrometer indeksfibre ( se: Fiberkategorier og bruksområder ). Kjernen til disse fibrene er omgitt av en kledning med 125 µm og et belegg med en ytre diameter på 250 µm (typiske verdier for kjernediametre opp til nesten 100 µm). Større kjernediametre er utstyrt med en kappe på 15 til 30 um og et belegg med en tykkelse på 50 mikrometer ( se: tabell ).

Trinn indeks fiber

I multimodefibre kan lysets føring beskrives optisk ved den totale refleksjonen som forekommer ved grenselaget mellom kjerne og kledning. For det enkle tilfellet med en trinnindeksfiber fremgår det av Snells brytingslov med forskjellige brytningsindekser for kjernen (Engl. Core , ) og kappen (Engl. Cladding , ) en maksimal vinkel (mot vinkelrett på grensen. lag, se bildet nedenfor) for total refleksjon fra til:

Dette i sin tur resulterer i en maksimal åpningsvinkel til den optiske aksen til fiberen (med brytningsindeksen til det omgivende medium, vanligvis luft med ):

Optisk fiber-numerisk blenderåpning.svg

Det produkt av brytningsindeksen til det omgivende medium, og argumentet til den inverse sinus (arcsin) er referert til som numerisk apertur referert til fiberen, og resultatene for å:

Den numeriske blenderåpningen avhenger av forskjellen i brytningsindeks mellom kjerne og kledning og er rundt 0,2 til 0,3 for multimodefibre og rundt 0,1 for enkeltmodusfibre. Den maksimale akseptvinkelen der det koblede lyset fremdeles kan føres i fiberen, resulterer i en akseptakonus , som på grunn av reversibiliteten til lysbanen også tilsvarer utgangskeglen.

Avhengighet av stråleprofilen til en og samme multimodefiber (50 um gradientindeks) på lyskobling og fiberbøyning ( modusblanding ).

På grunn av størrelsen på multimode fibre (kjernediameteren er mye større enn bølgelengden), som nevnt ovenfor, kan flere moduser forplante seg. De vanligvis mer enn hundre til flere tusen modusene kan sees på som et mangfold av forstyrrende lysbaner og generere en høyt strukturert stråleprofil ved fiberutgangen ( se bilde ). Dette er i sin tur sterkt avhengig av typen lyskobling (belysning av fiberen avhengig av lyskilden som brukes, se også: Overfylt eller redusert modus-lansering ) og bøying av fiberen ( modusblanding ). På grunn av de forskjellige lengdene på lysbanene, er det kjøretidsforskjeller som ikke kan neglisjeres når du overfører meldinger over store avstander, noe som har en negativ effekt på signalkvaliteten og båndbredden ( modusspredning ).

Gradert indeksfiber

For å redusere overgangstidsforskjellene i trinnindeksfibre, brukes såkalte gradientindeksfibre (også gradientfibre), hvor brytningsindeksen gradvis synker fra fiberkjernen mot utsiden, dvs. har en gradient . Mens med trinnindeksfiber (gruppe) transittidsforskjeller av modusene i det enkle geometrisk-optiske bildet tilsvarer mer eller mindre de geometriske baneforskjellene (lang bane resulterer i en lang flytid), forholdet til gradientindeksfiberen er betydelig mer komplekse. Her er transittiden per reiseenhet kortere i de ytre områdene på grunn av den lavere brytningsindeksen. I tilfelle av en parabolisk avtagende brytningsindeks ( eksponent = 2), for eksempel , går meridionstråler , det vil si stråler gjennom fiberaksen, omtrent en sinusformet bane. Disse strålene dekker en lengre bane enn stråler langs fiberaksen, men på grunn av den utad synkende brytningsindeksen, tar de igjen igjen i det ytre området. Med en passende profilformasjon kan innretting av alle stråler eller alle former for forplantning være opptil tre størrelsesordener bedre enn med en trinnindeksfiber.

For å kunne dimensjonere slike graderte indeksfibre med en optimal brytningsindeksprofil, må det tas i betraktning at brytningsindeksen ikke bare avhenger av plasseringen, men også av bølgelengden samtidig. Siden profilen blir realisert i radiell retning av et stoff doping, endres stoffet og dermed også materialets spredning . Brytningsindeksen er derfor avhengig på en kompleks måte av variablene for plassering og bølgelengde. Jo høyere båndbredden til en gradientindeksfiber, jo bedre må transittidene til bjelkene eller modusene matches med hverandre. Beregningen av bølgeutbredelsen og forskjellene i transittiden i gradientindeksfibre er veldig kompleks og kan gjøres ved hjelp av WKB-metoden . Den optimale eksponenten er da bare i nærheten av to, og avhengig av dopingmaterialet som brukes til å sette gradientprofilen, er det vanligvis en eksponent som skiller seg betydelig fra to. En justering av flytidens forskjeller med opptil tre størrelsesordener sammenlignet med trinnindeksfiberen kan bare oppnås gjennom en høy presisjonsimplementering av den optimale eksponenten. På grunn av innflytelsen fra materialdispersjonen (bølgelengdeavhengighet av brytningsindeksen), bør det også bemerkes at den optimale profilen, og dermed den maksimale båndbredden til fiberen, også avhenger av driftsbølgelengden til den anvendte lyskilden.

Enkeltmodus fiber

Hvis kjernediameteren bare er noen få multipler av lysets bølgelengde, støttes ikke tverrgående modus . Imidlertid kan lys overføres i grunnmodus LP 01 . Fibre som er designet for denne operasjonen er single-mode fiber , single-mode fiber (engl. Single-mode fiber , SMF) eller single-mode fiber called. Modusstrukturen til enkeltmodusfibre, dvs. den tverrgående avhengigheten av det elektriske og magnetiske feltet , kan bare bestemmes ved å anvende Maxwells ligninger og den resulterende bølge ligningen . Med denne bølgeoptiske tilnærmingen er den oppnådde løsningen parameteren normalisert frekvens eller V-nummer , som for tilfellet med trinnindeksfiber er avledet fra den numeriske blenderåpningen (eller brytningsindeksene til kjernen og kledningen) og kjernediameteren av fiberen, samt de brukte bølgelengderesultatene :

Stråleprofil for LP 01- modus for en enkeltmodusfiber, til venstre og under bjelkeprofilene på de røde linjene
Modusfeltdiameter normalisert til kjernediameteren som en funksjon av den normaliserte frekvensen V. Tilnærming for forplantning av LP 01 grunnmodus i en trinnindeksfiber (se tekst).

 Den tilsvarende fiberen er enkeltmodus bare for verdier på V <2.405, og bare LP 01 basismodus kan forplante seg. Med større verdier oppstår høyere tverrmodus, og den såkalte avskårne bølgelengden kan spesifiseres for hver fiber , opptil hvilken enkeltmodus fortsatt fungerer ( ):

Enkeltmodusfibre har vanligvis en kjernediameter på 3 til 9 um, den ytre diameter med kledningen (brytningsindeks lavere med ca. 0,003) er også 125 um. Overføringen av kraften skjer hovedsakelig i fiberkjernen. Den omtrent Gaussiske intensitetsfordelingen til LP 01 basismodus strekker seg inn i kledningen, og det er således et eksponentielt raskt forfallende, forvitrende felt i det indre området . Derfor modusfeltdiameter (engl. Brukes for enkeltmodus fiber -modus-feltdiameter MFD) er indikert, og amplituden av den mote i deres radiale kurs til 1 / e, eller ved fiber utgang, intensiteten ( irradians ) i nærfeltet ved 1 / e 2 falt er. Ved å tilnærme feltfordelingen av grunnleggende modus ved en Gaussisk fordeling , oppnås følgende forhold mellom kjerne og modusfeltdiameter (se grafikk til høyre), også kjent som Markuses formel, for en trinnindeksfiber:

Den grafiske representasjonen av ligningen viser at modusfeltdiameteren i enkeltmodusområdet for V  <2.405 alltid er større enn kjernediameteren. Videre øker modusfeltdiameteren for lengre bølgelengder, siden den normaliserte frekvensen V avtar med høyere bølgelengder (se ligning ovenfor for V ). Som et resultat kan enkeltmodusfibre bare brukes i et område opptil ca. 200 til 300 nm over kuttbølgelengden , siden den grunnleggende modusen som er i stand til å spre seg, blir stadig dårligere styrt ved høyere bølgelengder og bøyetapene. på grunn av den økte andelen av Mantle-utvidende intensitetsfordelingsøkning.

For eksempel er kjernediameteren til Corning SMF-28e single-mode fiber 8,2 µm, mens MFD er 9,2 µm ved 1310 nm eller 10,4 µm ved 1550 nm Fiber er tilgjengelig for måling, beregnet eller omtrent målt i nærfeltet. Imidlertid er målingen av det fjerne feltet med påfølgende omvendt transformasjon ved hjelp av Hankel-transformasjonen mer presis . I Corning brukes for eksempel Variable Aperture Method in the Far Field (VAMFF) i henhold til TIA / EIA-standarden FOTP-191 som referansemetode .

Sammenligning mellom single mode og multimode fibre

Den følgende tabellen viser proporsjonene av kjerne, kappe og belegg for noen vanlige monomode- og multimodefibre. For enkeltmodusfibre spesifiseres modusfeltdiameteren vanligvis i stedet for kjernediameteren. Videre er de tilsvarende avskårne bølgelengdene gitt for enkeltmodusfibrene, under hvilke det også eksisterer høyere modi. Typisk er enkeltmodusfibrene egnet for bølgelengder opptil 200-300 nm over den avskårne bølgelengden. Med økende bølgelengder øker andelen av kraften som transporteres i  fiberkledningen ( MFD ~ λ), og den tilsvarende fiberen blir mer følsom for bøying og koblingseffektiviteten reduseres. ( Fibertypene som vises i kursiv er ikke rene glassfibre, se POF og PCS .)

beskrivelse Produsent Fibertype Diameter (i mikrometer)
Core eller MFD frakk Belegg
405-HK Nufern Singlemode (λ cutoff < 0400 nm) 03,5 0(515 nm) 0125 245
630-HK Singlemode (λ cutoff < 0600 nm) 04,0 0(630 nm)
1060-XP Singlemode (λ cutoff < 0920 nm) 06,2 (1060 nm)
SMF-28e Corning Singlemode (λ cutoff <1260 nm) 10,4 (1550 nm)
InfiniCore 600 Multimode (gradientindeks) 0050
InfiniCore 300 Multimode (gradientindeks) 0062.5
MM-S105 Nufern Multimode (trinnindeks) 0105
K200 / 230 Leoni Multimode PCS (trinnindeks) 0200 0230 500
AS-400/440 IR Vacom Multimode (trinnindeks) 0400 0440 480
Optran UV 600 CeramOptec Multimode (trinnindeks) 0600 0660 760
GK-40 Mitsubishi Multimode POF (trinnindeks) 0980 1000
Optran HUV 1500 CeramOptec Multimode PCS (trinnindeks) 1500 1550

Overføringsgrenser

Både lengden på overføringsbanen og overføringshastigheten er begrenset av fiberoptikkabelens egenskaper. Maksimal overføringsavstand oppnås med digitale signaler når mottakeren ikke lenger kan kjenne igjen kantene på signalet. Dette er tilfelle når signalet er for svakt eller når bølgeformen er for forvrengt. Jo lavere tapene per kilometer, jo lenger kan et signal sendes før det blir for svakt. Den spredning påvirker hvor mye bølgetog blir deformert under overføring. Spektret til et signal er bredere, jo høyere er klokkefrekvensen. For en gitt spredning øker deformasjonene derfor med syklusen.

Tap på grunn av grunnleggende materialegenskaper

Lysdemping av urenheter (vann) og grunnleggende materialegenskaper: Ved kantene kan foten av absorpsjonsbåndene i UV (overlappet av tap på grunn av Rayleigh-spredning) og IR sees. I tillegg er disse overlappet av de såkalte vanntoppene ved 950, 1240 og 1380 nm.

De iboende tapene som oppstår under lystransmisjonen i glassfibre skyldes grunnleggende materialegenskaper og uønsket forurensning av det anvendte glasset .

Det er materialspesifikke absorpsjonsbånd i det ultrafiolette og infrarøde spektrale området. Foten strekker seg inn i mellomområdet for optisk dataoverføring (nær infrarød, NIR) og vil resultere i et teoretisk dempningsminimum på rundt 1500 nm hvis de ekstra tapsmekanismene beskrevet nedenfor ble neglisjert.

UV-absorpsjonen overlegges også av Rayleigh-spredningen , som er forårsaket av glassets statistiske amorfe struktur og avtar med 1 / λ 4 mot lengre bølgelengder. Den dominerer i det nærmeste infrarøde spektralområdet opp til ca. 1500 nm og gir et mer avgjørende bidrag til den totale dempingen enn UV-absorpsjonen. Brillouin- og Raman-spredningen , som også forekommer i glassfibre, kan vanligvis neglisjeres i de fleste applikasjoner, siden deres bidrag til demping er veldig lite. Mulige påvirkninger av ikke-lineære effekter i disse spredningsprosessene oppstår bare når høye optiske krefter brukes ( stimulert Brillouin- eller Raman-spredning).

Andre årsaker er forurensning av fibermaterialet, hovedsakelig vann som absorberes under produksjonsprosessen, eller råmaterialet. Høyere harmoniske molekylvibrasjoner av OH-bindingene (grunnleggende rundt 2800 nm) genererer ytterligere absorpsjonsmaksimum ved 950 nm, 1240 nm og 1380 nm, vannbånd som også blir referert til som vanntopper . De individuelle bidragene til energitapet resulterer i et bølgelengdeavhengig totaltap, som vist i figuren til høyre. Enkle fibre opereres derfor i spektralområdene rundt minima rundt 850 nm, 1310 nm ( O-bånd ) eller 1550 nm ( C-bånd ).

En videreutvikling av den standard enkeltmodusfiber (SSMF) er de såkalte lav vanntopp fibre (ITU-T G.652.C og G.652.D) og null vann peak fibre. I motsetning til SSMF blir disse fibrene (nesten) vannfrie gjennom forbedrede produksjonsprosesser og råvarer, noe som betyr at dempningen i bølgelengdeområdet mellom 1260 nm og 1625 nm kan reduseres kraftig. Med disse fibrene åpnes det såkalte E-båndet ( utvidet bånd ) for dataoverføring. Dette området er hovedsakelig utviklet med CWDM- teknologi ( grov bølgelengde-delingsmultipleks , dt. 'Grov bølgelengde-delingsmultipleksing '), som gjør det mulig å bruke svært rimelige, ukjølte lasere for overføring på grunn av den store kanalavstanden .

Bøyetap

Tap på grunn av bøying av fiberoptiske kabler: Bølgefronten forblir på utsiden av bøyepunktet. Den resulterende radiale komponenten i Poynting-vektoren fører til unnslipp av energi.

Med bøyningsradier av glassfibrene på noen få centimeter, skyldes tap strålingen av kraft fra kjernen til kledningen. For multimodefibre kan dette forklares med stråleoptikk ved at grensevinkelen for total refleksjon ikke oppnås ved det bøyde punktet, og en del av lyset slipper ut av glassfiberkjernen. For enkeltmodusfibre gjelder den bølgeoptiske tilnærmingen, som sier at en del av den transporterte kraften alltid strekker seg til kledningen. Modusfeltdiameteren er alltid større enn kjernediameteren og øker med bølgelengden. I det ytre området av bøyepunktet, med økende avstand fra kjernen, forlenges banen, noe som får fasefrontene til å forbli, siden den maksimale forplantningshastigheten i kledningen ikke kan overskrides. Bølgefronten er ikke lenger flat , noe som resulterer i en radiell komponent i Poynting-vektoren , som får energi til å sendes ut. Effektene som er beskrevet blir merkbare i form av en økning i demping som, avhengig av kraftbudsjettet, rutelengde og bøyning, kan føre til total svikt i transmisjonen.

Spesielt for fiberområdet til hjemmet (FTTH) og tilhørende dårlige installasjonsforhold i boligbygg, har glassfiberprodusentene nylig utviklet nye glassfibre med redusert bøyetap . Målet med disse enkelt-modus og multimode fibrene med lavt bøyningstap er å redusere brytningsindeksen i kledningen gjennom passende tiltak eller å modifisere den på en slik måte at modusfeltdiameteren reduseres og dermed reduseres mindre kraft til kledning. Foreslåtte metoder er innføring av en ringformet fluoride- dopede lag i kledningen, i hvilken brytningsindeksen er grøft-assistert rundt kjernen, og innføring av en ringformet nano- eller mikrostruktur ( fotoniske krystallstruktur ) fra hulrom i kledning ( fotonisk-krystallfiber , kort fortalt PCF ), noe som også fører til en reduksjon i den effektive brytningsindeksen (se bølgelederdispersjon ) i de tilsvarende områdene.

Slike fibre, som er mindre følsomme for bøying, gjør det mulig å sikre nesten tapfri overføring selv med bøyningsradier i området mindre enn 10 mm. I singlemode-området er de spesifisert i henhold til ITU-T G.657, kategori A og B, med kategori A som oppfyller kravene til standard single-mode fibre i henhold til ITU-T G.652.

Innsetting og koblingstap

Når du kobler lyset inn i fiberen, så vel som når du kobler sammen fibre ved hjelp av plugg- og skjøteforbindelser , kan innsetting eller koblingstap oppstå på grunn av flere faktorer:

  • Kjerneeksentrisiteter og forskjellige feltfeltdiametre for fibrene som skal kobles til
  • langsgående og tverrgående feiljustering samt vinkeljustering av fiberendene
  • Overflaterefleksjoner ved fiberendene
  • Feil tilpasning av den numeriske blenderåpningen og fokusstørrelsen mellom koblingsoptikken og fiberen.

Når du kobler til fiberoptiske kabler, er det viktig at fiberkjernens posisjon er sentrert (kjerneeksentrisitet) og at dimensjonene og runden på fibrene opprettholdes nøyaktig og er kompatible med hverandre. Eksentrisiteten til fiberkjernen (forskjøvet mellom midten av fiberkjernen og midten av fiberkledningen) er mindre enn 0,5 mikrometer i dagens enkeltmodusfibre. Ytterligere tverrgående forskyvninger kan oppstå på grunn av toleranser under koblingsmontering , der fiberen limes inn i en hylse med en boring på for eksempel  µm ( single mode fibre) eller  µm (multimode fibre), så vel som toleranser i føringshylsene kontaktekontaktene, som spenner fra 1 til 2 µm. Siden signalet i enkeltmodusfibre transporteres gjennom en kjerne som er noen få mikrometer tykke, fører enhver uoverensstemmelse til en delvis overlapping og dermed til tap av ytelse.

Den større kjernediameteren til multimodefibre tillater større toleranser ved overgangen mellom to fibre. Imidlertid har applikasjoner som 10 Gigabit Ethernet og spesielt 40 og 100 Gigabit Ethernet bare små reserver for demping og tap, og overdrevne toleranser og avvik kan derfor raskt nå sine grenser også her.

Spredning

Ulike spredningseffekter bidrar til deformasjon eller pulsutvidelse og overlagring av signalformen modulert på lyset under overføring.Dette skyldes forskjellige forplantningshastigheter for forskjellige signalkomponenter. Lyset som brukes til å overføre informasjon har en viss spektralbredde som er minst like stor som båndbredden til det nyttige signalet som er modulert på. Hvis forskjellige bølgelengder nå når mottakeren med forskjellige forsinkelser, blander for eksempel signalformen til et rektangel. Dette betyr at de enkelte signalene ikke lenger kan skilles fra hverandre på mottakersiden. Jo lenger fiberen strekker seg og jo større spredning den har ved bølgelengdene som brukes, desto større blir deformasjonen.

Mote spredning

Innenfor en trinnprofil fiberoptisk kabel, også referert til som en trinnindeks multimode fiber, forplantes individuelle moduser på forskjellige måter. Dette fører til en annen transittid for hver stråleog avhenger av brytningsindeksens radiale forløp. En parabolisk nedadgående brytningsindeks senker modusdispersjonen i det ideelle tilfellet til null. Denne typen spredning er ikke nødvendig for enkeltmodusfibre, også kjent som enkeltmodusfibre.

Kromatisk spredning

Dette avhenger av bølgelengden og er delt inn i materialdispersjon og bølgelederdispersjon. En praktisk måleenhet for kromatisk spredning er pikosekunder per kilometer med fiberlengde og nanometer bølgelengdeforskjell for overføring av digitale signaler.

Materiell spredning

Formeringshastigheten til en modus i glassfiberen avhenger av lysfrekvensen. Den forskjellige brytningen av de enkelte modusene fører til en bildefeil på mottakersiden som kan sammenlignes med en kromatisk feil som med glasslinser ( kromatisk aberrasjon ). Avhengig av typen glass, endres bølgelengdeavhengigheten til brytningsindeksen for visse bølgelengder. B. 1300 nm optiske vinduer oppstår. Disse optiske vinduene har en materialspredning på nesten null for glass. Dette er også kjent som vendepunktet når brytningsindeksen er en funksjon av bølgelengden.

Bølgelederdispersjon

Den totale refleksjonen er en ideell forestilling om refleksjon ved grensesnittet til kjernen og kledningen. De individuelle modusene trenger faktisk inn i fiberoptikkabelens kappe. Den mer effektive brytningsindeksen mellom fiberkjernen og den nedre brytningsindeksen for fiberkledningen resulterer i en høyere forplantningshastighet av moten i kledningen. Dermed ligger forplantningshastigheten til en modus mellom forplantningshastigheten i kledningen og forplantningshastigheten i kjernen. Hvor dypt en mote trenger inn i kappen, avhenger av motens bølgelengde. Dette resulterer i en bølgelengdeavhengig forplantningshastighet for forskjellige kledningsmaterialer. Dette er en annen form for kromatisk dispersjon.Dette er grunnen til at det er en sammenheng mellom den lavere forskjellen i brytningsindeksen og den resulterende lavere bølgelederdispersjonen, men den numeriske blenderåpningen avtar også .

Polarisasjonsmodusdispersjon (PMD)

Polarisasjonsmodusdispersjonen oppstår fra lysets forskjellige formeringshastigheter. Dette er også kjent som differensialgruppehastighet eller differensialgruppeforsinkelse. Maksimal forskjell i kjøretid er beskrevet av. betegner PMD-koeffisienten.

Generell praktisk sammenheng

I dag brukes ikke-null dispersjonsfibre (ITU-T G.655.C) som singlemode fibre for bredt nettverk . De kombinerer svært lav demping med lav spredning i C-båndet ( konvensjonelt bånd ), som i motsetning til standard single-mode fibre (SSMF) muliggjør overføring over lengre avstander uten ekstern dispersjonskompensasjon.

Brytningsindeksen til glass avhenger ikke bare av frekvensen, men også av amplituden til lyset som passerer gjennom det. For visse signalformer kalt soliton , avbryter dens innflytelse deformasjonene forårsaket av den frekvensavhengige spredningen. I mer enn tre tiår har det blitt påpekt at dette i prinsippet muliggjør å drive en fiberforbindelse over tusenvis av kilometer uten repeater . Imidlertid er signalforsterkning nødvendig. Imidlertid har praktiske hindringer så langt forhindret utstrakt bruk i fiberkommunikasjon.

Produksjon av glassfiber

Produksjonen av glassfibre skjer i to trinn. For det første dannes en såkalt preform ved dannelse av kjemisk dampdeponering ( engelsk kjemisk dampdeponering , CVD), den er rundt en glassstang med typisk 1 m lengde og 10 til 50 mm diameter. Den preform allerede har brytningsindeksprofilen for den senere fiber, som senere trekkes fra dette ved smelting.

Produksjon av preformen

For å oppnå lavest mulig demping i glassfibre er det nødvendig med en spesielt høy kjemisk renhet av det produserte kvartsglasset . For å oppnå dette, er ulike CVD-prosesser som anvendes, i hvilket høyrent silisiumdioksyd (SiO 2 ) blir avsatt på forformen fra gassfasen . Prosessene som brukes varierer hovedsakelig i om deponeringsprosessen foregår inne i eller på utsiden av preformen . I alle fremgangsmåter, en kjemisk reaksjon av tetraklorsilan (SiCl 4 ) og oksygen (O 2 til) danner silisiumdioksyd og klor (Cl 2 ) brukes for å fremstille glass :

.

For kjemisk reaksjon ved bevisst introduserte dopemidler (for å realisere den ønskede brytningsindeksprofilen, se struktur ), hver anvendbar ved valens som ( germanium ) eller i små variasjoner, z. B. Bor (B) eller fosfor (P):

.

Utenfor dampdeponering (OVD)

OVD-prosedyre

OVD-prosessen ( utenfor dampavsetning ) er den eldste produksjonsmetoden. Den ble utviklet av Corning og brukes fortsatt der. I denne prosessen påføres glasset på utsiden av en solid rund stang laget av aluminiumoksid eller grafitt ved å blåse de gassformede halogenidene og reaksjonsgassene inn i en brennerflamme på en kontrollert måte og deretter avsette de resulterende glasspartiklene på glassstangen. Et jevnt lag oppnås ved å rotere og drive stangen tilsvarende. Flere tusen lag kan påføres på denne måten for å oppnå ønsket brytningsindekskurve. En etterfølgende sintringsprosess komprimerer den fortsatt porøse strukturen og fjerner eventuelle gasser og vannrester som fremdeles er til stede. Den indre runde stangen fjernes deretter, og ved ytterligere oppvarming av den hule stangen som er opprettet, blir den krympet (kollapset) til en preform . Under sammenbruddet er det vanligvis et fall i brytningsindeksen midt i den senere fiberkjernen, ettersom oppvarmingen i det indre fører til utgassing av dopingmaterialet germanium (Ge), i form av germanium (II) oksid (GeO ).

Damp (fase) aksiell avsetning (VAD)

VAD-prosedyre

I VAD-prosessen ( dampfase aksiell avsetning ) avsettes glasset på forsiden av en solid roterende stang, med brytningsindeksprofilen som oppnås gjennom variabelt geometrisk arrangement av gassbrennere eller dyser. Også her komprimeres den fortsatt porøse strukturen senere ved sintring, men den runde stangen trenger ikke lenger å kollapse, og det radiale brytningsindeksfallet i kjernen som oppstår under OVD unngås. Med denne metoden kan det produseres en endeløs preform , så å si , som muliggjør produksjon av spesielt lange fibre.

Modifisert kjemisk dampdeponering (MCVD)

MCVD-prosedyre

I motsetning til de to første prosessene, med MCVD-prosessen ( modifisert kjemisk dampavsetning ), finner avsettingsprosessen sted inne i et glassrør, som senere blir det ytre området av kappen. De gassformede halogenidene blåses inn i glassrøret på en kontrollert måte ved anvendelse av en passende blanding av reaksjonsgass (oksygen) og inerte transportgasser ( argon eller helium ). Røret varmes opp fra utsiden ved hjelp av en gassbrenner, og glasspartiklene avsettes i de varme sonene. Ved å rotere røret eller brenneren eller ved å plassere flere brennerflammer på riktig måte, oppnås separasjonen på en rotasjonssymmetrisk måte. Ved å føre brennerne langs røret, opprettes deretter ensartede lag på innsiden. Siden glassrørveggen er plassert mellom brenneflammene og reaksjonssonene, unngår denne prosessen inkludering av gjenværende gasser og vanndamp. Også her følger en sintringsprosess før sammenbruddet. I likhet med OVD-prosessen er det også et fall i brytningsindeksen her, siden germanium (Ge) vanligvis brukes til kjernen, slipper ut i form av germanium (II) oksid (GeO) under kollapsen på innsiden, som senere blir sentrum for fiberkjerneformene.

Plasma Chemical Damp Deposition (PCVD)

Når PCVD-metoden (engl. Plasma (-assisted) chemical damp deposition , dt., Plasma-forbedret kjemisk dampdeponering ') er en modifisering av MCVD, hvor gassbrenneren av mikrobølgeneratorer blir erstattet (2,5 til 3 GHz), som generere et plasma inne i røret. Dette gjøres direkte på en kvartsglasskjernestang som vanligvis ikke dopes. En ekstra elektrisk oppvarming av røret til rundt 1000 ° C forhindrer mekanisk spenning mellom de påførte lagene og bærerglasset. I denne prosessen avsettes glasset umiddelbart med små porer, og sintringstrinnet kan dispenseres. En annen fordel er den relativt høye hastigheten og den oppnåelige lagtykkelsen på mindre enn 1 um, som tillater implementering av meget presise brytningsindekskurver.

Lignende prosesser, som er synonyme med PCVD-prosesser, er PECVD- prosessen ( plasma-forbedret CVD ), PICVD- prosessen ( plasmaimpulsert CVD ) og SPCVD- prosessen ( overflateplasma CVD ). Som i stor grad skiller seg bare i måten plasmaet genereres og trykket som brukes inne i røret.

Trekker i fiberen

Bygging av et fibertårnetårn

I fibertårnstårn varmes et område av emnet opp til temperaturer på rundt 2000 ° C. Ved denne temperaturen blir glasset så mykt at det kan trekkes inn i en fiber. Den tilhørende reduksjonen i diameter i forholdet rundt 200: 1 fører til en endring i lengde på rundt 1: 40 000, så det opprettes 40 km fiber per meter blank. Brytningsindeksprofilen beholdes under tegningsprosessen.

Mens fiberen trekkes ut, kontrolleres fiberdiameteren kontinuerlig, og fremdriften av fiberen reguleres tilsvarende. Den nakne glassfiberen blir umiddelbart forsynt med et belegg laget av plast som polyimid , akryl eller silikon etter at den er trukket ut . For å gjøre dette føres fiberen gjennom en ekstruder, og deretter herdes plasten av UV-stråling. Herding ved oppvarming er også mulig, men saktere. Fibertegningshastighetene er mellom noen få hundre og to tusen meter per minutt, og sammen med herdetiden, bestemmer høyden på fibertårnet betydelig. En strekkfasthetstest utføres før den ferdige fiberen avvikles.

Forbindelse teknikker

Optiske fibre er koblet til hverandre eller til andre komponenter med plug-in-tilkoblinger eller skjøteforbindelser . I kommunikasjonsteknologi er dette sendere, mottakere eller forsterkere, og i måleteknologi , spektroskopi eller medisinsk teknologi, for eksempel lasere, sensorer eller detektorer.

For å koble til roterende deler brukes såkalte optiske glideringer eller roterende sendere , som muliggjør kontinuerlig dataoverføring (analog eller digital) fra stasjonære til roterende komponenter, for eksempel i datamaskintomografier eller industrielle roboter .

Pluggforbindelser og pluggtyper

Størstedelen av pluggforbindelsene er pluggforbindelser. Kontaktene som brukes må ha lavest mulig signal demping (også innsettingstap ) og høyt retur tap ( gjensidig verdi av refleksjonsgraden ), samt høy reproduserbarhet og vedlikehold av disse parametrene over flere hundre tilkoblingssykluser.

Oppnåelig avkastningstap for forskjellige endeflater
forkortelse beskrivelse Refleksjon Returner tap
Pc Fysisk kontakt <−30 dB > 30 dB
SPC Stor fysisk kontakt <−40 dB > 40 dB
UPC Ultrafysisk kontakt <−50 dB > 50 dB
APC Vinklet fysisk kontakt <−60 dB > 60 dB

Dette oppnås ved bruk av fjærmonterte, veldig presise sylindriske hylser for mottak av fibre (såkalte hylser ), som bringes i direkte kontakt i kontaktekontaktene, noe som gir et innføringstap på 0,1-0,5 dB. Hylser, som hovedsakelig er laget av metall eller keramikk , er spesielt malt eller polert med den pålimte fiberen . I dag er det bare de såkalte PC-pluggene som brukes ( fysisk kontakt ), med en avrundet endeflate (radius ca. 10-15 mm), som etablerer fysisk kontakt med fiberkjernene når de er plugget inn.

Stadig høyere krav til retur tap av installerte pluggforbindelser førte til slutt til bedre og bedre poleringskvaliteter for PC-pluggene, inkludert karakterene SPC ( super fysisk kontakt ) og UPC ( ultra fysisk kontakt ). En ytterligere økning kunne bare oppnås med den såkalte HRL-kontakten ( high return loss ) eller APC-connectoren ( vinklet fysisk kontakt ) (se tabellen for verdier for retur tap ). Med denne typen koblinger er koblingsenden ikke bare konveks, den vippes også noen få grader (standard er 8 °) til den typisk rette vinkelen til fiberaksen. Med denne strukturen, reflekteres lys fra pluggens endeflate fra kjernen via kledningsglasset og ut i luften og kan derfor ikke lenger forstyrre dataoverføring. Plugger av denne typen har en APC som et supplement i betegnelsen (ST / APC, SC / APC, FC / APC, LC / APC, LSH / APC etc.). UPC- og APC-kontakttyper brukes spesielt for enkeltmodusfibre.

De mest brukte kontakttypene i dag er LC ( lokal kontakt ) og SC ( abonnentkontakt ). Fra eldre installasjoner er også ST ( rett spiss ) og LSH utbredt. Som MU, LX.5 og FV-45 kontakter, er LC kontakt én av de såkalte liten formfaktor kontakter (SFF kontakt). Disse har 1,25 mm hylser, og takket være deres mindre størrelse muliggjør de en høyere tetthet enn eldre kontakter, som SC, ST og LSH-kontakter med 2,5 mm hylser. En ytterligere økning i porttetthet kan oppnås med flerfiberkontakter med MT-hylser ( mekanisk overføring ), for eksempel MTRJ-, MPO- eller MTP-kontakten. MT-hylser inneholder vanligvis 2 (MTRJ) til 16 (MPO / MTP) fibre per rad (fiberavstand 250–750 µm), og innrettingen av flerfiberhylsen utføres ved hjelp av to føringspinner med høy presisjon festet til siden.

Skjøtforbindelser

Fusion splicing machine
(engl. Fusion splicer ) har verktøy for fiberforberedelse

Termisk skjøting av glassfibre er en sikker tilkoblingsmetode med lavt tap, men krever spesialutstyr (skjøtemaskin) og erfaring. Før spleising må endene frigjøres fra belegget (med et strippeverktøy), trimmes flatt (med et skjæreverktøy for å skape høykvalitets fiberbrudd) og plasseres nøyaktig til hverandre (vanligvis gjort i skjøtemaskinen). Fiberendene smeltes deretter ved hjelp av en kort lysbue. Under smelteprosessen skyves glassfiberendene sammen uten ytterligere skjøtemidler. Deretter er det skjøre skjøtepunktet mekanisk beskyttet mot fuktighet med en skjøtebeskytter. Opprettelsen av en avtakbar forbindelse, for eksempel for å muliggjøre vekslingsalternativer mellom forskjellige ruter i et distribusjonsfelt, gjøres ved å spleise en pigtail med installasjonsfiberen. En pigtail er en fiberoptisk kabel som har en ferdig montert kontakt på den ene siden.

Glassfiberhylse, åpen

Glassfiberlukninger inneholder flere skjøteforbindelser og kobler to eller flere kabler, hver med flere fibre eller optiske fibre, til hverandre. For dette formålet må de fiberoptiske kablene fjernes, skjøtes og plasseres i kassetter. Disse tjener til å sikre at de resterende fibrene forblir upåvirket i tilfelle feil i en fiber. En lukking har plass til over 200 individuelle fibre, som det kan ta flere dager å installere.

Det er også skjøteforbindelser kjent som bånd- eller båndkabler. Med disse kablene er inntil tolv glassfibre plassert som individuelle elementer i en klebende matrise ved siden av hverandre i form av en stripe. De tilknyttede kablene inneholder opptil 100 slike bånd, dvs. H. opptil 1200 fibre. Den riktige skjøtingsteknikken skjøter alltid hele båndet sammen, dvs. H. fire, seks eller tolv glassfibre samtidig ved hjelp av en lysbue.

Flere teknikker

I optiske komponenter er det også grener og kryss av fibre (brytere). For å pumpe kraftige fiberlasere må flere fibre av pumpelaseren være koblet til den aktive fiberen. Såkalte fiberkombinerere og WDMer brukes til dette. Såkalte tapers brukes til å koble sammen optiske fibre med forskjellige kjernediametre . Videre er det brytere for et antall fibre, såkalt fiberbryter (engl. Fiberbryter ). Disse kan være mekaniske eller optiske, dvs. H. kontaktløs, arbeid.

Søknad i kommunikasjonsteknikk

Fiberoptiske kabler brukes i kommunikasjonsteknologi for å overføre informasjon over korte og lange avstander med høy båndbredde . Rimelige multimodefibre brukes over korte avstander, og med enkeltmodusfibre kan avstander fra noen få 10 til mer enn 100 km broes uten mellomforsterkning ved hjelp av repeatere . Sammenlignet med kobberkabler er produktet av båndbredde og mulig avstand betydelig høyere med fiberoptiske kabler , noe som betyr at høyere datahastigheter kan oppnås eller større avstander kan broes.

I lokale dataoverføringsnettverk ( Local Area Network og Storage Area Network ) brukes fiberoptiske kabler i dag med nesten alle nettverksstandarder, som Ethernet , Fibre Channel eller InfiniBand ; FDDI ( Fibre Distribuert Data Interface ) var også populært tidligere . En utvidelse av eksisterende nettverk basert på kobberkabler er mulig med såkalte mediekonvertere , som kan koble sammen nettverkssegmenter av forskjellige overføringsmedier som tvinnede kabler , koaksialkabler eller fiberoptiske kabler . Primært har modulære grensesnitt etablert seg hvor de linjespesifikke mottakerne kan byttes ut og som er tilgjengelige for forskjellige hastigheter, bølgelengder og fiberoptiske koblingstyper. Det er gigabit-grensesnittomformere (GBIC), liten formfaktor pluggbar - (SFP eller mini-GBIC), XENPAK-, X2-, XFP-, SFP + -, QSFP- og CFP i forskjellige generasjoner og med forskjellige portdensitetsmoduler.

I det globale nettverket har fiberoptiske kabler blitt brukt siden slutten av 1980-tallet, spesielt for interkontinentale sjøkabler og transatlantiske telefonkabler , for å møte de økende kravene til båndbredde og overføringshastighet på grunn av den raske utviklingen av Internett . Men fiberoptiske kabler brukes også mer og mer i det brede området for landsdekkende nettverk ( Wide Area Network og Metropolitan Area Network ). De fiberoptiske kablene som brukes drives i DWDM- prosessen, noe som muliggjør enorm overføringskapasitet. Signaler med forskjellige bølgelengder kobles inn ved hjelp av flere lasere og overføres samtidig på en fiber. Så du har forskjellige kanaler på en fiber. Ved hjelp av bredbåndsforsterkende EDFA er det mulig å bruke et båndbreddelengde på mer enn 10 000 (Tbit / s) · km. Disse 4. generasjons systemene ble i økende grad installert på midten av 1990-tallet og er topp moderne den dag i dag.

Ved endepunktene til fiberoptiske kabler blir de optiske signalene vanligvis konvertert til elektriske signaler, som for eksempel føres til individuelle husholdninger via koaksialkabler . Dette brukes blant annet. HFC-teknologi ( Hybrid Fiber Coax ) for kabel-TV ( video-on-demand ). De siste årene har utvidelsen av fiberoptiske nett i aksessområdet blitt drevet fremover, spesielt i Japan, USA og Europa. På denne måten kobles de enkelte husene direkte med fiberoptikk. Denne prosedyren er oppsummert under begrepet Fiber to the Basement (FTTB). I denne utvidelsen legges en eller to fibre per bygning. Én fiber brukes til nedlasting og den andre til opplasting, og hvis bare en fiber legges, går nedlastingen over bølgelengden 1310 nm, mens opplastingen utføres ved 1550 nm.

Det er første vellykkede eksperimenter der informasjon ble overført parallelt via forskjellige moduser. Med en slik plass multipleksing metode , kan dataoverføringshastigheten i teorien økes med et hundre eller tusen ganger. I praksis stimuleres imidlertid en mengde forskjellige moduser som "upassende" kobler laserpulsen til en multimodefiber, som blandes på grunn av fiberens krumning og forvrenger signalet som skal overføres på grunn av forskjellige overføringshastigheter. Dermed representerer et høyere antall stimulerbare moduser fortsatt en viss ulempe.

Struktur av en fiberoptisk overføringslenke

Dagens kommunikasjonsnettverk består nesten utelukkende av fiberoptiske nettverk i sitt kjerneområde , hvor, som nevnt ovenfor, fremmes den direkte tilkoblingen av sluttbrukere via fiberoptiske kabler . En overføringsledning basert på fiberoptiske kabler består av følgende komponenter:

  • Sender (konvertering av elektrisk til optiske signaler)
  • Overføringsmedium (fiberoptisk kabel eller fiberoptisk kabel)
  • Komponenter for kobling, forgrening, modulering og signalregenerering (aktiv og passiv)
  • Mottaker (konvertering av optiske til elektriske signaler)

Lysdioder brukes som optiske sendere ved overføringshastigheter på opptil 622 Mbit / s, med en overføringseffekt på ca. −24 til −3 dBm ( effektnivå i dBm med en referanseverdi på 1  mW ). Laserdioder brukes til høyere overføringshastigheter (> 622 Mbit / s) , for eksempel overflatemitterdioder for overføring ved bruk av multimodefibre og DFB ( Distribuert tilbakemeldingslaser ) eller Fabry-Pérot-lasere for overføring ved bruk av enkeltmodusfibre (typiske overføringseffekter er i området fra -10 til 13 dBm).

De optiske bølgelederne som brukes som overføringsmedium må ha lavest mulig demping og spredning. Enkeltmodusfibre (lav spredning) brukes hovedsakelig i langdistanse nettverksområde og multimodefibre (større spredning) brukes i lokale områder eller i små nettverk ( se fiberkategorier og bruksområder ).

Som såkalte repeatere for signalregenerasjon , samt utgangs- og inngangsforsterkere, erbium fiberforsterkere (EDFA, erbiumdopede fiberforsterkere ) pumpet med diodelasere er i hovedsak brukt. Som med en laser skjer forsterkningen gjennom stimulert emisjon , men oppbyggingen av en optisk resonator forhindres av isolatorer ved forsterkerutgangen . Videre brukes Raman-forsterkere spesielt for DWDM- applikasjoner , som sammenlignet med en EDFA tillater samtidig dekning av C- og L-båndene og har et justerbart forsterkningsområde. Forsterkningen skjer i selve overføringsfiberen. Siden forsterkningen er fordelt over hele fiberen, oppnås et betydelig bedre signal / støy-forhold .

Den optiske mottakeren på slutten av en fiberoptisk kabel må ha størst mulig følsomhet (ca. −30 til −53 dBm) og være veldig bredbånd. Hovedsakelig benyttes pin-dioder , men også lavine-fotodioder (APD), som har høyere følsomhet enn pin-dioder på grunn av deres interne forsterkning.

Fiberkategorier og bruksområder

I likhet med kobberteknologi ble optiske klasser og kategorier introdusert for å identifisere overføringsbåndbredder og ytelsesegenskapene til multimode og single-mode fibre. På grunn av økende krav til båndbredde og stadig høyere datahastigheter under overgangen fra Mbit til Gbit-området, samt innføring av (multi) Gbit-protokoller som Ethernet , Fibre Channel eller InfiniBand , har OM1-kategoriene blitt brukt siden midten av 1980-tallet, OM2, OM3, OM4 og OM5 (Optisk Multimode) for multimodefibre, samt kategoriene OS1 og OS2 (Optisk Singlemode) for enkeltmodusfibre introdusert. Fiberkategoriene er spesifisert internasjonalt i samsvar med ISO / IEC 11801 og 24702, og det økende antall inkluderte kategorier tar hensyn til de økende kravene.

kategori Fargekode Fibertype Demping
(dB / km)
minimum modal båndbredde
(MHz km)
EMB 1 OFL 2
bølgelengde 850 nm 1310 nm 1383 nm 1550 nm 850 nm 850 nm 1310 nm
Multimode fibre
OM1 oransje 3 G62.5 / 125 3.5 1.5 ikke relevant ikke relevant ikke relevant 200 500
OM2 oransje G50 / 125 500
OM3 vann G50 / 125 3.0 1.5 ikke relevant ikke relevant 2000 1500 500
OM4 lilla 4 4700 3500
OM5 kalk G50 / 125 4700 3500 500
953 nm 953 nm
2470 1850
Monomode fibre ( single-mode fibre )
OS1 gul 5 E9 / 125 ikke relevant 1.0 ikke relevant 1.0 ikke relevant
OS2 0,4 0,4 0,4
1 EMB: Effektiv modal båndbredde
2 OFL: overfylt lanseringsbåndbredde
3OM1 tilbys også i grått av noen produsenter .
4. plassOM4 tilbys også i vann av noen produsenter .
5OS1 og OS2 tilbys også i grønt av noen produsenter .

Kategorier for multimode fibre

Patchkabel med 50 µm multimode fiber av type OM2 (oransje) og SC dupleks kontakter

Av historiske årsaker er det signifikante forskjeller i metodene for å klassifisere fiberkategoriene for multimodefibre (OM1 - OM4). Tidligere overføringsmetoder brukte primært billige LED-er for overføringsformål. Imidlertid er lysdioder bare egnet opp til en datahastighet på 622 Mbit / s, ettersom de har lavt fokus på grunn av utformingen og dermed kobler lys både inn i fiberkjernen og inn i en del av kledningen. Man snakker her om den såkalte overfylte lanseringen (OFL). Fra Gbit Ethernet , overflate emittere (VCSEL, vertikal-hulrom overflate-emitterende laser ) ved bølgelengder på 850 og 1310 nm benyttes, noe som har en meget sterk fokus og bare par inn i en fraksjon av fiberkjernen. I dette tilfellet snakker man om redusert modusstart (RML). Bestemmelsen og spesifikasjonen av båndbredden som ble utført (OM1 og OM2) med OFL og RML-metoden i frekvensområdet, som imidlertid viste seg å være utilstrekkelig for å bestemme overføringslengder for Gbit-applikasjoner. Målemetoden måtte endres, og for laseroptimaliserte multimodefibre av høy kvalitet i dag (i stedet for RML-metoden) bestemmes den effektive modale båndbredden (EMB) i tidsdomenet med DMD-målemetoden ( differensialmodusforsinkelse ) eller minEMBc målemetoden (engelsk beregnet minimum effektiv modal båndbredde ).

Fiberkategoriene OM1 og OM2 er vanligvis designet for LED-baserte applikasjoner Ved å redusere kjernediameteren til 50 µm ble modusdispersjonen redusert og båndbredden økt. Fiberkategoriene OM3 og OM4 er bare tilgjengelig med en kjernediameter på 50 µm (G50 / 125) og er beregnet for høyhastighetsapplikasjoner som (10/40/100) Gigabit Ethernet eller Fibre Channel ved 850 nm. De har en forbedret brytningsindeksprofil enn OM1 / 2 fibre, som på grunn av fremstillingsprosessen, har en svak nedgang i brytningsindeksen i midten av fiberkjernen (for eksempel i OVD , MCVD eller PCVD prosess med avsetningsprosesser inne i preforma), som er det som gjør høy bithastighet RML overføring med overflate emittere fall.

Maks. Overføringsområde for ulike høyhastighetsapplikasjoner i lokalnettverket og lagringsnettverket
Ethernet OM1 OM2 OM3 OM4 OS1 / OS2
100 Mbit / s 100BASE-SX 850 nm 300 m 300 m 300 m ikke relevant
100BASE-FX 1310 nm 2000 moh 2000 moh 2000 moh 2000 moh 10 km
1 Gbit / s 1000BASE-SX 850 nm 300 m 500 m 1000 m 1000 m
1000BASE-LX 1310 nm 550 moh 550 moh 550 moh 550 moh 5 km
1000BASE-LX10 1310 nm 550 moh 550 moh 550 moh 550 moh 10 km
1000BASE-BX10
(enkeltfiber)
1490 nm (-D)
1310 nm (-U)
10 km
1000BASE-EX 1310 nm 40 km
1000BASE-ZX 1550 nm 80 km
1000BASE-EZX 1550 nm 120 km
10 Gbit / s 10GBASE-SR 850 nm 30 m 80 m 300 m 500 m
10GBASE-LR 1310 nm 10 km
10GBASE-LRM 1310 nm 220 m 220 m 220 m 220 m
10GBASE-ER 1550 nm 40 km
10GBASE-ZR 1550 nm 80 km
40 Gbit / s 40GBASE-SR4 850 nm ikke relevant ikke relevant 100 m 125 moh
40GBASE-SR2-BiDi 850 nm ikke relevant ikke relevant 100 m 150 m
40GBASE-FR 1550 nm
1310 nm
2 km
40GBASE-LR4 1310 nm 10 km
40GBASE-ER4 1550 nm 40 km
100 Gbit / s 100GBASE-SR2 850 nm ikke relevant ikke relevant 70 m 100 m
100GBASE-SR2-BiDi 850 nm ikke relevant ikke relevant 70 m 100 m
100GBASE-SR4 850 nm ikke relevant ikke relevant 70 m 100 m
Fiberkanal OM1 OM2 OM3 OM4 OS1 / OS2
850 nm 1310 nm 1550 nm
1 Gbit / s 1GFC 300 m 500 m 800 m ikke relevant 10 km 50 km
2 Gbit / s 2GFC 150 m 300 m 500 m ikke relevant 10 km 50 km
4 Gbit / s 4GFC 70 m 150 m 380 moh 400 moh 10 km ikke relevant
8 Gbit / s 8GFC 20 m 50 m 150 m 190 moh 10 km ikke relevant
16 Gbit / s 16GFC 15 m 35 m 100 m 125 moh 10 km 50 km *
32 Gbit / s 32GFC ikke relevant ikke relevant 70 m 100 m 10 km 50 km *
InfiniBand OM1 OM2 OM3 OM4 OS1 / OS2
850 nm 1310 nm
2 Gbit / s 1X-SDR 125 moh 250 m 500 m ikke relevant 10 km
4 Gbit / s 1X DDR 65 m 125 moh 200 m ikke relevant 10 km
8 Gbit / s 1X-QDR 33 m 82 m 300 m ikke relevant 10 km
16.08.24 Gbit / s 4X / 8X / 12X-SDR ** 75 m 125 moh 200 m ikke relevant ikke relevant
16/32 Gbit / s 4X / 8X DDR ** 50 m 75 m 150 m ikke relevant ikke relevant
* ved 1490 nm
** Økning i dataoverføringshastighet gjennom parallell overføring over 4 (8) / 8 (16) / 12 (24) kanaler (fibre)

Det maksimale spesifiserte overføringsområdet for den anvendte fiberkategorien (se tabell) avhenger av datahastigheten og bølgelengden som brukes (850 nm eller 1300 nm). Mens det ved 10 Mbit / s til 1 Gbit / s 300 m ved 850 nm også er lett mulig med OM1- og OM2-fibre, er den oppnåelige lengden for overføringshastigheter på mer enn 4 Gbit / s begrenset til mindre enn 100 m ved denne bølgelengden ( Litt forskjellige minimumsoverføringslengder er spesifisert for de forskjellige høyhastighetsapplikasjonene, se tabell). Fibre i kategoriene OM3 og OM4 tillater derimot også lengder på ca. 300 m ved 850 nm. Med OM4-fibre kan overføringslengden også økes med noen få meter sammenlignet med OM3-fibre for applikasjoner med mer enn 10 Gbit / s. OM5 ble introdusert for å kunne oppnå datahastigheter på 100 til 400 Gbit / s med noen få fibre ved bruk av bølgelengde divisjonsmultipleksering .

Kategorier for single mode fibre

Ruter med XFP- moduler og tilkoblede enkeltmodusfibre
(OS1 / 2 - gul) med LC-kontakter .

I enkeltmodusfibre , i motsetning til multimodefibre, er det ingen modusdispersjon, og de tillater mye større overføringsavstander og båndbredder. Imidlertid, siden enkeltmodusfibre har en betydelig mindre kjerne enn multimodefibre, noe som gjør praktisk håndtering av lyskobling og fiberforbindelse vanskeligere, brukes multimodefibre fortsatt over kortere avstander.

Enkeltmodusfibrene som hittil er mest brukt i telekommunikasjonssektoren er ment for bruk i O- og C-båndet for optisk datakommunikasjon rundt λ = 1310 nm og λ = 1550 nm. Ved disse bølgelengdene er det liggende dempningsminimum for fibermaterialet, og videre å være i dette området av erbiumdopede fiberforsterkere (engl. Erbium-dopet fiberforsterker , EDFA ). Selv om dispersjonen ved disse bølgelengdene ikke er lik null, kan effekten reduseres av dispersjonskompenserende fibre. Det er til og med fordelaktig at spredningen ikke er lik null, siden ellers ikke-lineære effekter som firebølgeblanding ville oppstå, som forstyrrer signalet betydelig. Det skal imidlertid bemerkes at dispersjonskompenserende fibre, som brukes i såkalte dispersjonskompensasjonsmoduler, kan legge en kraftig belastning på kraftbudsjettet med sin høye demping.

Klassene OS1 (siden 1995) og OS2 (siden 2006), som bare avviker i sin maksimale demping, er definert for enkeltmodusfibre . Spesielt ved 1383 nm har de såkalte lavvannstoppfibrene i kategorien OS2 lav demping med en spesifisert maksimumsverdi på 0,4 dB / km og er derfor egnet for bruk av CWDM- overføringer. Fiberkategorien avhenger også av installasjonstypen, da den påvirker dempningsverdiene. Spesifikasjonen i henhold til ITU-T G.652 kan ikke overføres klart til OS-kategoriseringen. Generelt kan imidlertid OS1-kategorien tildeles fibrene i henhold til ITU-T G.652A og B, og OS2-kategorien til de lave vanntoppfibrene i henhold til ITU-T G.652.C og D.

legging

De blir ofte lagt under jorden. Kablene er plassert i eksisterende sjakter, rør eller kloakk og føres deretter til de enkelte bygningene på de ønskede stedene ved hjelp av distributører. Dette er billig fordi ingen byggearbeider er nødvendige, og de respektive tilkoblingene kan installeres raskt og enkelt gjennom inngangs- og utgangsakslene. Med FTTH ( Fiber to the Home ) legges kablene med en diameter på 2 mm i eksisterende telefonforbindelseskanaler (elektriske kanaler).

Mørk fiber

Dark fiber er en fiberoptisk kabel som selges eller leies frakoblet. Den fiberoptiske kabelen er skjøtet gjennom punkt til punkt mellom to steder. Kjøper eller leietaker er ansvarlig for overførings- og overføringsutstyret. Han bestemmer også bruken. Denne forretningsmodellen er også kjent som transportør eller grossistvirksomhet . Siden dette er en ren infrastrukturtjeneste, er denne kontrakten ikke underlagt teleloven . I tillegg til de regionale kraftleverandørene blir fiberoptiske kabler av denne typen gjort tilgjengelig i Tyskland av jernbaneoperatører, kommunale verktøy, kommuneforeninger og transportørleverandører som Colt , Versatel eller Telekom . I tillegg til kontraktsperioden og linjens rute, avhenger kostnadene hovedsakelig av konstruksjonstiltakene som kreves for en vellykket forbindelse og om det er andre interesserte parter / konkurrenter for samme rute. Den ønskede båndbredden definerer ikke prisen på en slik linje.

Overflødige fibre er inkludert i kablene for å unngå forstyrrelser under jordarbeid eller utvidelser . Ubrukt fiberoptisk kapasitet blir også referert til som mørk fiber , siden det ikke sendes lyssignaler når fiberoptikken ikke brukes og fiberen derfor er "mørk". Om nødvendig kan flere fibre settes i drift takket være den eksisterende redundansen.

Avlyttingsmetoder

Bøyekobling på en fiberoptisk kabel (koblingsmetode)

Som andre overføringsmedier er ikke fiberoptiske kabler sikret mot " avlytting ". Det er to hovedpunkter der informasjon fra den fiberoptiske kabelen kan avskjæres.

Den første metoden starter med spleisen, der til tross for lave overføringstap, gode skjøter på mindre enn 0,02 dB avgir stråling som kan evalueres. Den andre metoden bruker strålingstap ved bøyekoblinger ( koblingsmetoden ). For hvis en glassfiber er bøyd, følger det meste av lyset som strømmer gjennom den bøyningen - noe av lyset stråler imidlertid ut av fiberen. Bare noen få prosent av lyssignalet er nok til å motta all den overførte informasjonen. På grunn av den endrede dempningen som et resultat, er metoden i utgangspunktet verifiserbar. En metode for å øke sikkerheten mot avlytting er kryptering .

Fordeler og ulemper med fiberoptisk versus kobberteknologi

Det triumferende fremskrittet for fiberoptisk teknologi er basert på de avgjørende fordelene med optisk overføring i forhold til den eldre elektriske overføringen basert på kobberkabler. De viktigste fordelene er de betydelig høyere mulige overføringshastighetene (gigabit til terabit per sekund), med samtidig veldig store mulige områder (opptil flere hundre kilometer uten repeater). Dette krever igjen lettere kabler og mindre plass, samt færre repeatere, noe som reduserer installasjons- og vedlikeholdskostnadene betydelig.

Ytterligere fordeler er:

  • ingen signalforstyrrelser på nærliggende fibre ( krysstale )
  • ingen påvirkning fra elektromagnetiske forstyrrelsesfelt, som bl.a. kombinasjonen med høyspente likestrømskomponenter gjør det mulig
  • ingen jording nødvendig og galvanisk separasjon av de tilkoblede komponentene
  • Ingen branninitiering ved lyn eller kortslutning og lavere brannbelastning, og kan også brukes i potensielt eksplosive miljøer ( det er begrensninger for bruk av høyere optiske krefter som slipper ut ved koblingspunkter eller i tilfelle fiberbrudd og, i ugunstig retning tilfeller, kan også utløse brann eller eksplosjon. )
  • høy lytteinnsats

Ulemper er høyere monteringsinnsats og høyere presisjon og forsiktighet som kreves under legging og installasjon, noe som krever kostbart utstyr og kompleks og kompleks måleteknologi , og derfor er fiber-til-pulten ikke veldig utbredt.

Andre ulemper er:

  • følsom for mekanisk belastning og begrensninger under installasjonen, ettersom ingen sterke kurver er mulig (sterkt typeavhengig, f.eks. for medisinsk teknologi er det spesielle typer videoendoskopi )
  • Power over Ethernet er ikke mulig

Andre bruksområder

Forstyrrelsesfrie lydtilkoblinger

På begynnelsen av 1990-tallet ble D / A-omformere og CD-spillere tilbudt som kommuniserte med en ST- forbindelse. Enhetseksempler er Parasound DAC 2000, WADIA DAC, Madrigal Fortsett PDP 3 med CD-transport PDT 3. Denne typen tilkobling kunne imidlertid ikke gjelde for TOSLINK , en tilkoblingsteknologi med polymer optiske fibre (POF), og ble derfor sjelden brukt.

Optiske tilkoblinger i lydteknologi unngår signalforstyrrelser fra elektriske og magnetiske felt så vel som fra jordløkker , da de skaper en potensiell separasjon.

Potensiell separasjon

Eksempler på bruk av fiberoptiske kabler for strømløs signaloverføring

  • i kraftelektronikk og høyspenningssystemer, for eksempel for å overføre styresignaler til tyristorene ved høyspenningspotensial . Det er til og med mulig å antenne omformertyristorene direkte via lyspulsene som overføres i glassfiberen (se optotyristor ).
  • for overføring av målesignaler i høyspenningssystemer eller i et forstyrrende miljø
  • i lydsystemer (se ovenfor )
  • for galvanisk isolert nettverkstilkobling av medisinsk utstyr (f.eks. digitale røntgenmaskiner) til lokale nettverk.

måleteknologi

Ved å overføre eller samtidig registrere målesignaler ved hjelp av fiberoptikk, er det mulig å måle et stort antall fysiske størrelser som trykk eller temperatur på vanskelig tilgjengelige steder som i demninger eller under ekstreme forhold som i stålverk . Også spektrometre har ofte fiberoptiske forbindelser. Videre kan miniatyriserte glassfiberspektrometere produseres, siden det optiske gitteret kan belyses direkte med lysutgangskeglen til en glassfiber , og ytterligere bildebehandling kan derfor dispenseres.

Med fiberoptiske sensorer er den målte variabelen ikke representert eller overført av en elektrisk variabel, men av en optisk. Dette gjør overføringen usynlig for ytre påvirkninger som elektromagnetiske felt og tillater også bruk i potensielt eksplosive miljøer. Det er to klasser av fiberoptiske sensorer: indre og ekstrinsiske fiberoptiske sensorer. Når det gjelder iboende fiberoptiske sensorer, brukes glassfiber direkte som en målesensor, dvs. de optiske signalene påvirkes direkte av eksterne parametere, for eksempel bøyetap. De fiberoptiske kablene er både en sensor og en kabel. Når det gjelder ekstrinsiske fiberoptiske sensorer, derimot, er de fiberoptiske kablene vanligvis bare en del av et sensorsystem; her tjener de primært som en sender for den målte variabelen registrert av sensoren, som sensoren må gi som et optisk signal. Deres fordel i forhold til elektriske kabler er deres omfattende robusthet mot ytre påvirkninger som elektromagnetiske felt.

Laser med høy effekt

Strålingen fra kraftige lasere i det nærmeste infrarøde (brukt blant annet for materialbehandling) blir ofte ført i fiberoptiske kabler (LLK) for å bedre kunne bringe dem til handlingsstedet. De optiske bølgelederne som brukes er multimodefibre (her må effekttettheten i fiberens kjerne reduseres, ellers vil den smelte eller rive) og effekten på opptil flere kilowatt kan oppnås i fibre med en kjernediameter på 0,02-1,5 mm over korte avstander med nesten ingen tap overføres. For å unngå ulykker er slike fibre utstyrt med en fiberbrytermonitor .

Pluggforbindelser av slike fibre er fundamentalt konstruert annerledes enn for meldingsoverføringen: De må tåle høye termiske krafttap på grunn av spredt stråling og muligens tilbake refleksjoner. Fiberenden er flate og stikker fritt uten å legge dem inn. Noen ganger blir de presset mot en blokk med silikaglass for å unngå forurensning av endeflatene. På grunn av den høye strømningsdensiteten fører de minste urenhetene til ødeleggelse. Av denne grunn er også sjelden mulig antireflekterende belegg av endeflatene. Opptil 500 watt laserstråleeffekt er mulig med SMA-kontakter, men fiberen er ikke innebygd til enden.

Skjøtekoblinger er også mulig i området med høy ytelse.

Dopede fibere (for eksempel med erbium ) kan fungere som laser eller lette forsterkere seg selv (se fiber laser ). For å gjøre dette pumpes de optisk ved hjelp av kraftige diodelaser . Denne teknologien brukes både i kommunikasjonsteknikk og i høyytelsessektoren.

I laser show teknologi ledes laserlys fra en sentral kilde via fiberoptiske kabler til forskjellige projektorer fordelt rundt i rommet. Kraften her er noen hundre milliwatt opp til tosifrede watt.

Belysning, utstilling og dekorasjon

Fibre og fiberbunter brukes også til belysning, illustrasjon og dekorasjonsformål. For eksempel i mikroskop eller endoskop lyskilder for å lede lyset fra en halogenlampe til objektet som skal undersøkes, eller som en bildeguide i fleksible endoskoper. Plast- og glassfibre brukes også i et bredt utvalg av lamper og belysningsinstallasjoner, og fibrene brukes ikke bare til å transportere lys, men også som selve utstrålende elementer. I sin tradisjonelle bruk tjener de som såkalt Endlichtfasern (eksempel: "stjernehimmel", hvor flere fibre blir belyst et bunt foran distribusjonen med en halogenlampe og et filterhjul) og lysinstallasjoner i bygninger, såkalt side -Lette fibre brukt. Dette er spesielle optiske polymerfibre med bevisst innførte forstyrrelser i kjernekleddgrensesnittet, noe som fører til lateral stråling.

Bare multimodefibre brukes til de nevnte applikasjonene, siden enkeltmodusoperasjon ikke er mulig på grunn av de mange forskjellige og stort sett samtidig overførte bølgelengder.

Normer

Fiberoptiske kabler eller fiberoptiske kabler er internasjonalt standardisert i henhold til ITU-T G.651 til G.657, ISO / IEC 11801 og 24702 og IEC 60793, og nasjonalt standardisert i henhold til DIN VDE 0888 (DIN VDE 0899 del 1-5 standarder er trukket tilbake).

litteratur

Fysiske grunnleggende:

  • Bishnu P. Pal: Grunnleggende om fiberoptikk i telekommunikasjon og sensorsystemer . New Age International, New Delhi 1992, ISBN 0-470-22051-1 .
  • Claus-Christian Timmermann : Optisk fiber . Vieweg / Springer, 1981, ISBN 3-528-03341-X .
  • CR Pollock, Clifford Pollock, Michal Lipson: Integrated Photonics . Springer Nederland, 2003, ISBN 1-4020-7635-5 .
  • Dieter Meschede: Optikk, lys og laser . 2. utgave. Teubner, 2005, ISBN 3-519-13248-6 .
  • Edgar Voges , Klaus Petermann: Optisk kommunikasjonsteknologi: manual for vitenskap og industri . Springer, 2002, ISBN 3-540-67213-3 .
  • Fedor Mitschke: Glassfibre: fysikk og teknologi . 1. utgave. Elsevier, Spektrum, Akad. Verlag, Heidelberg 2005, ISBN 3-8274-1629-9 .
  • Govind P. Agrawal: Ikke-lineær fiberoptikk (optikk og fotonikk) . Academic Press, 2001, ISBN 0-12-045143-3 .

Teknologi:

  • Christoph P. Wrobel: Optisk overføringsteknologi i praksis: komponenter, installasjon, applikasjoner . 3. Utgave. Hüthig, Bonn 2004, ISBN 3-8266-5040-9 .
  • Deutsches Institut für Breitbrandkommunikation GmbH (red.): Optiske nettverk . 1. utgave. Vieweg & Teubner Verlag, Wiesbaden 2010, ISBN 978-3-9811630-6-3 .
  • Dieter Eberlein: fiberoptisk teknologi . Ekspert Verlag, Dresden 2003, ISBN 3-8169-2264-3 .
  • D. Gustedt, W. Wiesner: Fiberoptisk overføringsteknologi . Franzis Verlag, Poing 1998, ISBN 3-7723-5634-6 .
  • O. Ziemann, J. Krauser, PE Zamzow, W. Daum: POF manual: Optical short-distance transmission systems . 2. utgave. Springer, 2007, ISBN 978-3-540-49093-7 .
  • Rongqing Hui, Maurice S. O'Sullivan: Fiberoptiske måleteknikker . Elsevier Academic Press, 2009, ISBN 978-0-12-373865-3 .
  • Volkmar Brückner: Element av optiske nettverk: Grunnleggende og praksis for optisk dataoverføring . 2. utgave. Vieweg + Teubner, 2011, ISBN 978-3-8348-1034-2 .

weblenker

Commons : Optisk fiber  - samling av bilder, videoer og lydfiler

Individuelle bevis

  1. Joachim Hagenauer: 50 års informasjonsteknologi - En gullalder innen vitenskap og teknologi. ITG-seremoni i Paulskirche Frankfurt 26. april 2004 ( fulltekst ( minne fra 19. juli 2011 i Internet Archive )), sitat: “Han (Börner) regnes som den visjonære oppfinneren av fiberoptisk overføring, en teknologi som nå er ryggraden i global Representerer kommunikasjon. "
  2. L. Blank, L. Bickers, S. Walker (British Telecom Research Laboratories): lange spenn optiske transmisjons eksperimenter ved 34 og 140 Mbit / s . I: Journal of Lightwave Technology . teip 3 , nei. 5 , 1985, s. 1017-1026 , doi : 10.1109 / JLT.1985.1074311 .
  3. Heraeus utvikling. Hentet 9. august 2017 .
  4. AT&T, NEC og Corning Researchers fullfører en ny rekordstor fibertest. AT&T - News Room, 11. mai 2009. Hentet 15. november 2011.
  5. Informasjonen er inkonsekvent: Ved 114 GBit / s enkelt datahastighet trenger du 280 kanaler for en total datahastighet på 32 TBit / s, eller du får 36,5 TBit / s med 320 kanaler.
  6. D JD Jackson , C. Witte, K. Müller: Klassisk elektrodynamikk . 4. utgave. Walter de Gruyter, 2006, ISBN 3-11-018970-4 , s. 448–450 ( begrenset forhåndsvisning i Google Book-søk).
  7. a b Dieter Meschede: Optikk, lys og laser . Vieweg + Teubner, 2008, ISBN 978-3-8351-0143-2 , s. 100–103 ( begrenset forhåndsvisning i Google Book-søk).
  8. Claus-Christian Timmermann: Optisk fiber . Vieweg / Springer, 1981, ISBN 3-528-03341-X , pp. 80 f .
  9. Rongqing Hui, Maurice S. O'Sullivan: Fiberoptiske måleteknikker . Elsevier Academic Press, 2009, ISBN 978-0-12-373865-3 , pp. 374-382 .
  10. ^ Edgar Voges, Klaus Petermann: Optisk kommunikasjonsteknologi: manual for vitenskap og industri . Springer, 2002, ISBN 3-540-67213-3 , pp. 349 f .
  11. a b Fedor Mitschke: Glassfibre - fysikk og teknologi . Elsevier - Spektrum Akademischer Verlag, 2005, ISBN 3-8274-1629-9 , pp. 108-115 . ( 7.4 Feltfordelingens geometri )
  12. D. Marcuse: Tapsanalyse av single-mode fiberkjøtt . I: The Bell System Technical Journal . teip 56 , nr. 5 , 1977, s. 703-718 ( archive.org [PDF]).
  13. modus-feltdiameter målemetode. MM16, Corning Inc. 2001 ( PDF ( Memento of 8. July 2011 in the Internet Archive ))
  14. ^ CR Pollock, Clifford Pollock, Michal Lipson: Integrated Photonics . Springer Nederland, 2003, ISBN 1-4020-7635-5 , pp. 166-174 . ( 2. iboende absorpsjonstap )
  15. ^ Nevill Francis Mott, Edward A. Davis: Elektroniske prosesser i ikke-krystallinske materialer . 2. utgave. Oxford University Press, 1979, ISBN 0-19-851288-0 , pp. 272–304 ( begrenset forhåndsvisning i Google Book-søk). ( 6.7 Ikke-krystallinske halvledere - optisk absorpsjon )
  16. a b Fedor Mitschke: Glassfibre - fysikk og teknologi . Elsevier - Spektrum Akademischer Verlag, 2005, ISBN 3-8274-1629-9 , pp. 75-80 . ( 5. tap )
  17. a b c d Mike Gilmore: En oversikt over Singlemode Optiocal Fiber Specifications. FIA - The Fibreoptic Industry Association 2004 (med tillegg 2010) ( PDF ( Memento of October 7, 2013 in the Internet Archive ))
  18. ^ R. Krähenbühl, H. Schiess, C. Cecchin: Compatibility of Low Bend Singlemode Fibers. HUBER + SUHNER AG - Fiberoptisk divisjon, stortingsmelding 2010 (PDF)
  19. M.-J. Li et al: Ultra-low Bending Loss Single Mode Fiber for FTTH. I: Journal of Lightwave Technology. Vol. 27, utgave 3, 2009, s. 376–382 (PDF)
  20. a b A. B. Semenov, SK Strizhakov, IR Suncheley, N. Bolotnik: Structured Cable Systems . Springer, Berlin / Heidelberg 2002, ISBN 3-540-43000-8 , pp. 206–231 ( begrenset forhåndsvisning i Google Book-søk).
  21. a b c d e f Optiske nettverk - systemplanlegging, konstruksjon . 1. utgave. dibkom GmbH, Straßfurt 2010, ISBN 978-3-9811630-6-3 , s. 110 .
  22. Ramgopal Gangwar, Sunil Pratap Singh, Nar Singh: Solitonbasert optisk kommunikasjon . I: Progress In Electromagnetics Research . teip 74 , 2007, s. 157–166 , doi : 10.2528 / PIER07050401 ( PDF [åpnet 17. august 2011]).
  23. Christopher Tagg: Soliton Theory in Optical Communications. I: Årlig gjennomgang av bredbåndskommunikasjon. International Engineering Consortium, 2006, ISBN 1-931695-38-5 , s. 87-93 ( begrenset forhåndsvisning i Google- boksøk ).
  24. a b c Fedor Mitschke: Glassfibre - fysikk og teknologi . Elsevier - Spektrum Akademischer Verlag, 2005, ISBN 3-8274-1629-9 , pp. 93-98 . ( 6.2 Produksjon av glassfibre )
  25. a b c d e L. Cognolato: Kjemisk dampdeponering for optisk fiberteknologi . I: JOURNAL DE PHYSIQUE IV (Colloque C5, supplement au Journal de Physique 1) . teip 5 , 1995, s. 975-987 ( PDF ).
  26. a b c d Phillip Bell, Todd Wiggs: Multimode Fiber and the Damp Deposition Manufacturing Process (Outside Damp Deposition vs. Inside Damp Deposition). I: Corning Guide Lines. Volum 10, 2005. ( PDF ( Memento fra 3. september 2009 i Internet Archive ))
  27. Bishnu P. Pal: Grunnleggende om fiberoptikk i telekommunikasjon og sensorsystemer . New Age International, New Delhi, 1992, ISBN 0-470-22051-1 , pp. 224–227 ( begrenset forhåndsvisning i Google Book-søk).
  28. O. Ziemann, J. Krauser, PE Zamzow, W. Daum: POF-manual: Optiske kortdistanseoverføringssystemer . 2. utgave. Springer, 2007, ISBN 978-3-540-49093-7 , pp. 285–293 ( begrenset forhåndsvisning i Google Book-søk).
  29. Måling Refleksjon eller Return Loss. FOA Reference Guide To Fiber Optics, The Fiber Optic Association (FOA). Hentet 14. september 2017.
  30. ^ DJ Richardson, JM Fini, LE Nelson: Space-divisjon multiplexing i optiske fibre . I: Nature Photonics . teip 7 , nei. 5 , 2013, ISSN  1749-4893 , s. 354–362 , doi : 10.1038 / nphoton.2013.94 ( nature.com [åpnet 23. november 2017]).
  31. a b Mike Gilmore: FORSTÅ OM1, OM2, OM3, OS1, OS2 og mer! FIA - The Fibreoptic Industry Association 2009 (PDF)
  32. a b Russell Ellis: Båndbreddepotensial for optiske fibre. I: LANLine. 11/2006 ( PDF ( minne fra 19 januar 2012 i Internet Archive )).
  33. Merrion Edwards, Jean-Marie Fromenteau: Teknologi for laseroptimalisert multimode fiber / lysveier. I: LANLine. 02/2006 (PDF)
  34. Ell a b R. Elliot, R. Reid: 10 Gbits / sec og utover: Høy hastighet i datasenteret. I: KABELINSTALLASJON & VEDLIKEHOLD. 01/2008 ( PDF ( Memento fra 31. januar 2012 i Internet Archive )).
  35. ^ A b Grand Sauls: Datasenternettverk. Falcon Electronics Pty Ltd, 28. desember 2008 - Cisco Learning Network. (PDF)
  36. IEEE 802.3 klausul 38.4
  37. 40GBASE-FR-spesifikasjon 40GBASE-FR-spesifikasjon side 7
  38. 40GBASE-FR ( Memento fra 07.11.2017 i Internet Archive ) 40GBASE-FR side 4
  39. Dark Fiber - fiberoptisk infrastruktur for å koble deg. Hentet 13. mars 2019 .
  40. ^ W. Daum, J. Krauser, PE Zamzow: POF - optiske polymerfibre for datakommunikasjon . 1. utgave. Springer, 2001, ISBN 3-540-41501-7 , pp. 389 ( begrenset forhåndsvisning i Google Book Search).
  41. DIN VDE 0899-1 VDE 0899-1: 1987-12 . VDE Verlag, Berlin-Offenbach ( vde-verlag.de [åpnet 21. november 2011]).