Das Prinzip von Glasfaserkabeln beruht auf der Übertragung von Lichtsignalen durch dünne, flexible Glas- oder Kunststoffstränge, um große Datenmengen über große Entfernungen zu übertragen. Hier sind einige Grundprinzipien, die den Betrieb von Glasfaserkabeln regeln:
Totale interne Reflexion:
- Das Grundprinzip der Glasfaserkommunikation ist die Totalreflexion. Wenn Licht von einem dichteren Medium (z. B. Glas oder Kunststoff) zu einem weniger dichten Medium (z. B. Luft) wandert, wird es reflektiert, wenn es in einem Winkel auf die Grenze zwischen den beiden Medien trifft, der größer als der kritische Winkel ist.
- Bei optischen Fasern wird das Lichtsignal durch mehrere interne Totalreflexionen an der Kern-Mantel-Grenzfläche durch den Kern geleitet. Bei der Umhüllung handelt es sich um ein Material mit einem niedrigeren Brechungsindex, das den Kern umgibt und dafür sorgt, dass das Licht im Kern eingeschlossen bleibt.
Brechungsindex:
- Der Brechungsindex ist ein Maß dafür, wie stark Licht beim Übergang von einem Medium in ein anderes gebeugt wird. Das Kernmaterial einer optischen Faser hat einen höheren Brechungsindex als der Mantel, was dazu führt, dass Licht an der Kern-Mantel-Grenzfläche zurück in den Kern reflektiert wird.
Dispersion:
- Unter Dispersion versteht man die Ausbreitung von Lichtsignalen bei der Ausbreitung durch eine optische Faser. Unterschiedliche Lichtwellenlängen breiten sich innerhalb der Faser mit leicht unterschiedlichen Geschwindigkeiten aus, was zu einem Phänomen führt, das als chromatische Dispersion bezeichnet wird. Darüber hinaus können unterschiedliche Lichtmodi (d. h. Wege, die Lichtstrahlen nehmen) unterschiedliche Laufzeiten erfahren, was zu einer Modendispersion führt.
- Die Dispersion begrenzt die Bandbreite und Übertragungsentfernung von Glasfaserkabeln und ist ein wichtiger Faktor, der bei der Konstruktion und Konstruktion von Glasfasersystemen berücksichtigt wird.
Dämpfung:
- Bei Glasfaserkabeln kommt es aufgrund verschiedener Faktoren wie Verunreinigungen, Materialfehler und Streuung zu Signalverlusten. Dieser Verlust wird als Dämpfung bezeichnet und in Dezibel pro Kilometer (dB/km) gemessen.
- Um die Dämpfung zu überwinden und eine zuverlässige Datenübertragung zu gewährleisten, werden entlang ausgedehnter Glasfaserverbindungen in regelmäßigen Abständen optische Verstärker oder Repeater eingesetzt, um die optischen Signale zu verstärken und den Signalverlust auszugleichen.
Single-Mode- und Multi-Mode-Fasern:
- Optische Fasern werden in zwei Haupttypen eingeteilt:Singlemode-Fasern und Multimode-Fasern.
- Singlemode-Fasern haben einen kleinen Kerndurchmesser, der nur die Ausbreitung eines Lichtmodus ermöglicht, wodurch die Modendispersion minimiert und eine Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung über große Entfernungen ermöglicht wird.
- Multimode-Fasern haben größere Kerndurchmesser und können mehrere Arten der Lichtausbreitung unterstützen. Sie werden typischerweise für kürzere Entfernungen oder Anwendungen verwendet, bei denen keine hohen Datenraten erforderlich sind.
Optische Fenster:
- Glasfaserkabel arbeiten in bestimmten Wellenlängenbereichen, die als optische Fenster bezeichnet werden. Diese Fenster entsprechen Bereichen mit geringer Dämpfung und sind entscheidend für die Bestimmung der Übertragungseigenschaften und der Leistung von Glasfasersystemen.
- Die am häufigsten verwendeten optischen Fenster sind:
- Erstes Fenster (O-Band):1260–1360 nm
- Zweites Fenster (E-Band):1530–1565 nm
- Drittes Fenster (S-Band):1800–1900 nm
- Viertes Fenster (C-Band):1565–1625 nm
- Fünftes Fenster (L-Band):1565–1625 nm
Durch das Verständnis dieser Prinzipien haben Glasfaserkabel Kommunikationsnetzwerke revolutioniert und bilden die Grundlage für Hochgeschwindigkeitsinternet, Datenübertragung und verschiedene Anwendungen in der Telekommunikation, Medizin und Sensorik.
