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Lichtwellenleiter

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Lichtwellenleiter (kurz LWL genannt) dienen der Übertragung von Licht. Hergestellt sind die Fasern aus Glas oder Kunststoff. Das zu übertragende Licht kann dabei im sichtbaren oder im nicht sichtbaren Bereich liegen. Auch in der Satellitentechnik zur Übertragung digitaler Signale werden Lichtwellenleiter verwendet.


LWL-Kabel

LWL vs. Standard-Kabel

Die Vorteile einer LWL-Verbindung sind u.a.:

  • Höhere Bandbreite
Die Übertragungsraten gehen bis in den Terabit-Bereich.
  • Hohe Abhörsicherheit
Die Daten sind gegen unbefugte Dritte geschützt. Ein Mitschneiden ist nur mit größerem Aufwand und Gerät direkt am Kabel möglich.
  • Geringes Gewicht
Durch den Aufbau und die Materialdichte können die Leitungen recht dünn gehalten werden. Eine Multimodefaser kann z.B. bei einem Kerndurchmesser von 50 µm (EU-Standard) liegen.
  • Geringe Signaldämpfung
Kleiner 0,4 dB/km - Im Vergleich: Koaxialkabel liegen bei ca. 200 dB/km. Dadurch lassen sind große Reichweiten realisieren.
  • Schutz vor Potenzialübertragung
Weil keine elektrische Verbindung vorhanden ist, kann auch kein Potenzial übertragen werden (z.B. als Blitzschutz).
  • Störunanfälligkeit
Keine Störungen durch elektrische und elektromagnetische Felder.
  • Brand- und Explosionsschutz
Verlegung in explosionsgefährdeten Bereichen möglich. Auch eine Brandauslösung durch parasitäre Spannungen ist ausgeschlossen.


Die wichtigsten Nachteile sind:

  • Die mechanische Empfindlichkeit
Des Leiters und der Stecker und die hohen Beschaffungspreise der LWL-Komponenten.
  • Die Stromübertragung zur Fernspeisung
Diese ist von Zwischenverstärkern nicht über die Signalleitung möglich.


Single- oder Multimodefaser

Man unterscheitet drei Arten von Faser:


Singlemodefaser

Singlemodefasern (SM-Faser, auch Monomode- oder Einmodenfaser genannt) können nur einen Modus übertragen. Singlemodefasern sind Stufenindexfasern.

  • Kerndurchmesser: 3 - 10 µm
  • Lichtwellenlänge: 1550 nm
  • Nur ein Moden
  • Keine Laufzeitverschiebung
  • Kaum Dämpfung
  • Hohe Bandbreite
  • Einsatz im Nah und Fernbereich


Multimodefaser

Multimodefasern (MM-Faser, auch Gradienten- oder Mehrmodenfaser genannt) können durch ihren großen Kerndurchmesser und verschiedener Materialschichten mehrere Modi übertragen. Dadurch erhöht sich die Bandbreite. Multimodefasern können Stufenindexfasern oder Gradientenindexfasern sein.

  • Kerndurchmesser: 50 µm (62,5 µm US-Standard)
  • Lichtwellenlänge: 850 - 1300 nm
  • Mehrere Moden
  • Geringere Laufzeit
  • Geringe Dämpfung
  • Mittlere Bandbreite
  • Einsatz im Nahbereich


Multimodestufenfaser

Die Multimodestufenfaser ist eine Multimodefaser für Kurzstrecken.

  • Kerndurchmesser: 50 - 100 µm
  • Kunststofffaser
  • Lichtwellenlänge: 660 nm
  • Mehrere Moden (Zick-Zack-Form)
  • Längere Laufzeiten
  • Größere Dämpfung
  • Kleine Bandbreite
  • Einsatz in Flugzeugen, Autos, HiFi etc.


Steckerformen

Es gibt für die Verbindung von LWL-Kabeln etliche Steckverbinder. Die gängigsten Verbindungen werden nachfolgend dargestellt:


LWL Steckverbindungen

Bezeichnung
Beschreibung
Abbildung
Toslink
Standard-Steckverbindung aus dem Home-Cinema-Bereich. Verwendet werden hier transparente Kunststoffe, welche die optischen Signale übertragen. Die Übertragungsgeschwindigkeit liegt bei ca. 20 MB/s. Der Vorteil liegt in der Potenzialtrennung der Komponenten. Toslink
3,5mm Mini-Stecker
Steckverbindung aus dem Home-Cinema-Bereich. Oft an Notebooks zu finden, weil die optischen Elemente hinter den Kontakten der Klinkenbuchse angebracht sind. Mini-Stecker
ST
ST-Stecker (straight tip) werden häufig in lokalen Netzwerken eingesetzt. Der Vorteil liegt in der geringen Einfügedämpfung. ST-Stecker
SC
SC-Stecker (subscriber connector) finden Ihre Anwendung als Nachfolger der ST-Stecker in der Netzwerktechnik. Der Vorteil ist die automatische Verriegelung beim Einstecken. SC-Stecker
LC
LC-Stecker (local connector) werden als Nachfolger des SC-Steckers vermehrt in größeren Netzwerkanlagen eingesetzt. Der Vorteil liegt in der kleineren Bauform des Steckers. LC-Stecker
E2000
Der E2000-Stecker ist ebenfalls ein sich immer mehr durchsetzender Standard-Stecker. Die Vorteile sind die Schutzkappen und die sehr geringe aber garantierte Dämpfung von max. 0,1dB.
N/A


Anforderungen an Steckverbinder:

  • Geringe Dämpfungseigenschaften
  • Geringe mechanische Abmessungen
  • Geringe mechanische Toleranzen
  • Einfache Verriegelung
  • Hohe Anzahl von Steckzyklen
  • Integrierter Staubschutz


Spleißverbindungen

LWL können nicht nur durch Steckkontakte miteinander verbunden werden, sondern auch durch Spleißungen. Bei diesem Verfahren werden die LWL-Fasern direkt miteinander verbunden. Die Problematik bei diesen Verbindungen ist die exakte Ausrichtung der Fasern zueinander. Ist die Ausrichtung nur minimal verschoben, treten Dämpfungen und Reflexionen auf. Nach dem Verbinden sollten die Spleiße mit einem Spleiß-Schutz versehen werden, da diese mechanisch nicht sehr belastbar sind und eine Schwachstelle bilden. Folgende Spleißungen werden hier erwähnt:


Klebespleiße

Bei den Klebespleißungen werden die Fasern mit Hilfe eines Klebers miteinander verbunden.


Crimpspleiße

In dieser Variante wird zwischen den Fasern ein Gel eingesetzt. Die Fasern werden durch den Crimpvorgang in Position gehalten.


Schmelzspleiße

In diesem Verfahren werden die Faserenden miteinander verschmolzen. Dies geschieht in der Regel mit einem Lichtspleiß. Professionelle Spleißgeräte erledigen den Vorgang fast von allein. Für eine qualitativ sehr gute Verbindung wird in eine Faser Licht eingespeist. An der zweiten Faser wird das Licht wieder ausgekoppelt und die Intensität gemessen. Danach werden die Fasern vom Spleißgerät in die Position gegenübergestellt, in dem die größte Signalstärke messbar ist. Jetzt folgt der eigentliche Spleißvorgang. Voraussetzung hierfür ist, wie auch bei den anderen Verfahren, richtig vorbereitete Faserenden.


Zubehör spleißen


Material

Die verwendeten Materialien sind Glas und Kunststoff mit einer speziellen Beschichtung, die der Reflexion dient und Lichtaustritte verhindern soll.


Zubehör LWL

Für den Einsatz von LWL ist diverses Zubehör erhältlich, wie z.B.:



Fehlerquellen

Folgende Fehlerquellen sind möglich:

  • Zu kleiner Biegeradius (es kommt zu Lichtaustritt)
  • Toleranzen bei Kern- und Manteldurchmesser (Dämpfungen durch Reflektionen, etc.)
  • Schlechte Spleißverbindungen (Dämpfungen durch Reflexionen, Lichtaustritt, etc.)
  • Beschädigungen in der Beschichtung (Dämpfungen durch Reflexionen, Lichtaustritt, etc.)
  • Kratzer auf den Ferrulenfronten (Dämpfungen durch Reflexionen, Lichtaustritt, etc.)


Sicherheit

Warnaufkleber

Gerade bei nicht sichtbarem Licht und starken Lichtquellen (z.B. Laser) ist besondere Vorsicht geboten. Offene Enden sollten immer mit einer Kappe geschützt werden um Augenverletzungen zu vermeiden. Zudem ist mit Warnschilder auf die Gefahr hinweisen. Es sollte niemals in ein LWL geschaut werden!


LWL-Glossar

Einfügedämpfung Angabe über den Signalverlust an z.B. einem Steckverbinder.
Ferrule Die Ferrule ist der mittlere Teil eines LWL-Steckers. In dieser ist die Faser zentrisch eingelassen.
Multimode Erklärung siehe oben
Pigtail Ein einseitig bereits mit einem Stecker versehene LWL. Die andere Seite ist für die Herstellung z.B. eines Spleißes offen gehalten.
Patchcord Kurze, mit Steckern vorkonfektionierte LWL-Kabel. Dienen als Verbinder oder Brücken.
Rückflußdämpfung Angabe über die Dämpfung einer Reflexion an einer Verbindungsstelle.
Singlemode Erklärung siehe oben
Schliff Die Form und Oberflächengüte an der Ferrulenfront ist von dem Schliff abhängig. Die Schliffformen haben Einfluss auf die Reflektionen und Dämpfungen.


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