Hoe glasvezel gegevens met licht vervoert

Glasvezel werkt dankzij totale interne reflectie. Het glas van de kern buigt licht sterker dan het glas van de mantel. Wanneer licht onder een kleine hoek op de grens komt, wordt het volledig terug de kern in gereflecteerd in plaats van te ontsnappen. De lichtpuls kaatst door de glasvezel en volgt daarbij zelfs flauwe bochten. Deze insluiting van het licht vormt de basis voor het transport van gegevens over kilometers zonder verlies van het signaal.

Licht verliest in glas veel langzamer energie dan elektrische signalen in koper. Daardoor ondersteunt glasvezel een hogere bandbreedte en overbrugt het veel grotere afstanden — kilometers in plaats van de koperen limiet van 100 meter — voordat versterking nodig is. Glasvezel transporteert ook enorme gegevenssnelheden, omdat licht extreem snel kan knipperen. Door deze eigenschappen vormt glasvezel de ruggengraat van het internet en van datacenters.

Een groot voordeel van glasvezel is dat het ongevoelig is voor elektromagnetische interferentie. Omdat glasvezel licht transporteert en geen elektriciteit, kunnen motoren, elektriciteitsleidingen en radiostoring in de buurt het signaal niet aantasten. Daardoor is glasvezel ideaal in industriele omgevingen met veel elektrische ruis en voor verbindingen tussen gebouwen, waar bliksem of aardingsverschillen koperen kabels zouden beschadigen. Glasvezel straalt bovendien geen signaal uit, waardoor aftappen moeilijker is.

Apparaten communiceren via elektrisch Ethernet, dus glasvezelverbindingen hebben een zendontvanger nodig — een module die elektrische signalen voor verzending omzet in licht en licht bij ontvangst weer omzet in elektrische signalen. Veelgebruikte insteekbare zendontvangers heten SFP (Small Form-factor Pluggable) en SFP+ voor hogere snelheden. Ze worden in poorten van switches geplaatst en laten je voor elke verbinding het juiste type glasvezel en de juiste afstand kiezen.

Glasvezel is krachtig, maar heeft ook nadelen:

• Voordelen — hoge snelheid, grote afstand, ongevoeligheid voor EMI, veilig.
• Nadelen — duurdere kabel en zendontvangers, kwetsbaar glas, moeilijker te lassen en af te monteren.

De glazen kern kan barsten als je de kabel te scherp buigt. Voor het verbinden van glasvezels zijn bovendien nauwkeurige gereedschappen nodig, waardoor installatievaardigheid belangrijker is dan bij koper.

Glasvezel moet zorgvuldig worden gehanteerd. Buig de kabel nooit verder dan de minimale buigradius, anders kan het licht weglekken en kan het glas breken. Houd de uiteinden van connectors schoon — zelfs een stofdeeltje kan genoeg licht blokkeren om een verbinding te verstoren. Kijk ook nooit rechtstreeks in een actieve glasvezel of zendontvanger, want het infrarode laserlicht is onzichtbaar maar kan je ogen beschadigen. Deze veiligheidsaspecten komen terug op het examen.

Glasvezel is overal dominant waar snelheid en afstand het belangrijkst zijn:

• Internetbackbones die steden en oceanen overspannen.
• Datacenterkernen die snelle switches met elkaar verbinden.
• Verbindingen tussen gebouwen op een campus.
• Glasvezel naar de woning voor snel breedbandinternet.

Op de desktop wint koper vaak nog vanwege de kosten, maar glasvezel transporteert de grote datastromen achter de schermen.

Omdat één glasvezel meestal licht in één richting transporteert, gebruiken verbindingen vaak twee vezels — één voor verzenden en één voor ontvangen — voor volledige duplex-communicatie. Daarom worden glasvezelpatchkabels vaak geleverd als een aan elkaar geklikt paar. Sommige geavanceerde systemen met één vezel verzenden en ontvangen over verschillende lichtgolflengten op dezelfde vezel, maar meestal is er één vezel voor verzenden en één voor ontvangen.

Stel je een lange tunnel voor waarvan de wanden met spiegels zijn bekleed, en iemand die er met een zaklamp morsecode doorheen seint. De wanden reflecteren het licht, zodat het ver reist zonder zwakker te worden, en het bericht intact aan de andere kant aankomt. Glasvezel is zo'n tunnel, maar dan van glas, en de lichtflitsen zijn je gegevens. Er reist geen elektriciteit door de tunnel, dus elektrische ruis van buitenaf kan het bericht niet verstoren.

Je hebt geleerd dat glasvezel gegevens als lichtpulsen door een glazen kern transporteert, die wordt omringd door een mantel. Daarbij wordt totale interne reflectie gebruikt om het licht binnen te houden. Hierdoor biedt glasvezel een hoge bandbreedte, een groot bereik en ongevoeligheid voor elektromagnetische interferentie. Zendontvangers zoals SFP-modules zetten elektrische signalen om in lichtsignalen en omgekeerd. Glasvezel is duurder en kwetsbaar en vereist schone connectors, een juiste buigradius en zorg voor de ogen. Het vormt de basis van internetbackbones, datacenters en campusverbindingen.