Wie Glasfaser Daten mit Licht überträgt

Glasfaserkabel übertragen Daten als Lichtimpulse statt als elektrische Signale über Kupfer. Ein Laser oder eine LED schaltet Licht ein und aus (oder moduliert es), um die Einsen und Nullen digitaler Daten darzustellen. Ein Detektor am anderen Ende liest die Lichtimpulse wieder als Daten ein. Da sich Licht mit sehr geringer Dämpfung durch Glas bewegt, erreichen Glasfasern deutlich höhere Geschwindigkeiten und größere Entfernungen als Kupferkabel.

Eine Glasfaser hat einen Schichtaufbau:

• Kern — das ultradünne Glas im Zentrum, das das Licht überträgt.
• Cladding — Glas um den Kern, das Licht nach innen zurückreflektiert.
• Buffer und Mantel — Schutzbeschichtungen an der Außenseite.

Kern und Cladding bestehen aus Glas mit leicht unterschiedlichen Eigenschaften. Dieser Unterschied sorgt dafür, dass das Licht entlang des Kerns reflektiert wird.

Glasfaser funktioniert aufgrund der . Das Glas des Kerns bricht das Licht stärker als das Glas des Claddings. Wenn das Licht in einem flachen Winkel auf die Grenzfläche trifft, wird es vollständig in den Kern zurückreflektiert, statt zu entweichen. Der Lichtimpuls bewegt sich durch die Faser, indem er auch sanften Kurven folgt. Diese Lichtführung ist die Grundlage dafür, dass Glasfaser Daten über Kilometer übertragen kann, ohne dass das Signal verloren geht.

Licht verliert in Glas deutlich langsamer Energie als elektrische Signale in Kupfer. Dadurch unterstützt Glasfaser eine höhere Bandbreite und überbrückt deutlich größere Entfernungen — Kilometer statt der 100-Meter-Grenze von Kupfer — bevor eine Verstärkung erforderlich ist. Glasfaser ermöglicht außerdem enorme Datenraten, weil Licht extrem schnell ein- und ausgeschaltet werden kann. Diese Eigenschaften machen sie zum Rückgrat des Internets und von Rechenzentren.

Ein großer Vorteil von Glasfaser ist ihre Unempfindlichkeit gegenüber elektromagnetischen Störungen. Da sie Licht und keinen elektrischen Strom überträgt, können Motoren, Stromleitungen und Funkstörungen in der Nähe das Signal nicht verfälschen. Dadurch eignet sich Glasfaser besonders für elektrisch störungsreiche Industrieanlagen und für Verbindungen zwischen Gebäuden, bei denen Blitze oder Potenzialunterschiede im Erdungsnetz Kupferkabel beschädigen könnten. Außerdem strahlt sie kein Signal ab und lässt sich daher schwerer abhören.

Geräte kommunizieren über elektrisches Ethernet. Daher benötigen Glasfaserverbindungen einen Transceiver — ein Modul, das elektrische Signale zum Senden in Licht und beim Empfangen wieder in elektrische Signale umwandelt. Gängige steckbare Transceiver heißen SFP (Small Form-factor Pluggable) und bei höheren Geschwindigkeiten SFP+. Sie werden in Switch-Ports eingesetzt und ermöglichen Ihnen, für jede Verbindung den passenden Fasertyp und die geeignete Entfernung auszuwählen.

Glasfaser ist leistungsfähig, aber nicht frei von Nachteilen:

• Vorteile — hohe Geschwindigkeit, große Reichweite, Unempfindlichkeit gegenüber EMI, hohe Sicherheit.
• Nachteile — teurere Kabel und Transceiver, empfindliches Glas, schwieriger zu spleißen und zu terminieren.

Der Glaskern kann brechen, wenn die Faser zu stark gebogen wird. Das Verbinden von Fasern erfordert außerdem präzise Werkzeuge. Daher ist bei der Installation mehr Fachkenntnis erforderlich als bei Kupferkabeln.

Glasfaser muss sorgfältig gehandhabt werden. Biegen Sie sie niemals über ihren Mindestbiegeradius hinaus, da sonst Licht austreten und das Glas brechen kann. Halten Sie die Steckerenden sauber — bereits ein Staubkorn kann so viel Licht blockieren, dass eine Verbindung gestört wird. Blicken Sie niemals direkt in eine aktive Glasfaser oder einen aktiven Transceiver, da das infrarote Laserlicht unsichtbar ist, Ihre Augen jedoch schädigen kann. Diese Sicherheitshinweise werden in der Prüfung abgefragt.

Glasfaser dominiert überall dort, wo Geschwindigkeit und Reichweite besonders wichtig sind:

• Internet-Backbones, die sich über Städte und Ozeane erstrecken.
• Rechenzentrums-Kernnetze, die Hochgeschwindigkeitsswitches verbinden.
• Verbindungen zwischen Gebäuden auf einem Campus.
• Glasfaser bis ins Haus für schnelles Breitband.

Am Arbeitsplatz setzt sich aus Kostengründen häufig noch Kupfer durch, aber Glasfaser transportiert im Hintergrund den Großteil des Datenverkehrs.

Da eine einzelne Glasfaser typischerweise Licht nur in eine Richtung überträgt, verwenden Verbindungen häufig zwei Fasern — eine zum Senden und eine zum Empfangen — für eine vollständige Duplex-Kommunikation. Deshalb bestehen Glasfaser-Patchkabel häufig aus einem zusammengeclipsten Paar. Einige fortschrittliche Systeme mit nur einer Faser senden und empfangen über unterschiedliche Lichtwellenlängen auf derselben Faser. Im Normalfall gibt es jedoch eine Sendefaser und eine Empfangsfaser.

Stellen Sie sich einen langen, mit Spiegeln ausgekleideten Tunnel vor, durch den jemand mit einer Taschenlampe Morsezeichen sendet. Die Wände reflektieren das Licht, sodass es weit reist, ohne schwächer zu werden, und die Nachricht unversehrt am anderen Ende ankommt. Glasfaser ist ein solcher Tunnel aus Glas, und die Lichtblitze sind Ihre Daten. Da kein Strom durch den Tunnel fließt, können elektrische Störungen von außen die Nachricht nicht beeinträchtigen.

Testen Sie Ihr Verständnis der Funktionsweise von Glasfaser.

Sie haben gelernt, dass Glasfaser Daten als Lichtimpulse durch einen gläsernen Kern überträgt, der von Cladding umgeben ist, und das Licht mithilfe der totalen internen Reflexion im Kern hält. Dadurch bietet Glasfaser hohe Bandbreite, große Reichweite und Unempfindlichkeit gegenüber elektromagnetischen Störungen. Transceiver wie SFP-Module wandeln zwischen elektrischen Signalen und Lichtsignalen um. Glasfaser ist teurer und empfindlich; sie erfordert saubere Stecker sowie Sorgfalt beim Biegeradius und beim Schutz der Augen. Sie bildet die Grundlage für Internet-Backbones, Rechenzentren und Campusverbindungen.