Licht und Technik: Wie überträgt Glasfaser Licht?

Jul 21, 2023

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Seit 1930 der erste Quarzfaden herausgezogen wurde, sind wir tatsächlich in die Ära der optischen Fasern eingetreten. Bisher verfügen wir bereits über verschiedene Arten von Glasfasern, wie zum Beispiel Multimode-Glasfaser G.651, Singlemode-Glasfaser G.652, G.653, G.654, G.655 und so weiter. Diese Fasern bilden die Grundlage unserer gesamten optischen Kommunikation.
 
Wie wird also Licht in einer Glasfaser übertragen?
 

Angenommen, wir möchten einen Taschenlampenstrahl durch einen langen, geraden Flur am anderen Ende richten, richten Sie den Strahl einfach direkt auf den Flur, das Licht breitet sich in einer geraden Linie aus und wir wissen, dass es in Ordnung ist. Was ist, wenn der Flur eine Kurve hat? Zu diesem Zeitpunkt kann ein Spiegel an der Ecke angebracht werden, um den Strahl an der Ecke zu reflektieren. Was ist, wenn der Flur sehr verwinkelt ist und mehrere Kurven aufweist? Es ist auch möglich, die Wände mit Spiegeln auszukleiden und den Lichtstrahl so auszurichten, dass er von einer Seite zur anderen im Flur reflektiert wird. Genau das passiert, wenn Licht durch eine optische Faser läuft, das Licht jedoch in der Faser vollständig reflektiert wird.

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Traditionelle reine blanke Fasern bestehen aus zwei Schichten, einer inneren und einer äußeren. Um den Zustand der Totalreflexion zu erreichen, ist der Brechungsindex N1 der inneren Schicht größer als der Brechungsindex N2 der äußeren Schicht, und N1 größer als N2 ist eine notwendige Bedingung für die Übertragung optischer Signale in der optischen Faser.

 

Wenn jedoch das Licht in der optischen Faser übertragen wird und die optische Faser gebogen wird, nimmt die Anzahl der Hin- und Herreflexionen zu und auch der Reflexionswinkel nimmt zu. Solange die Biegung nicht besonders stark ist, tritt kein Licht aus der Faser aus, sodass wir normalerweise bestimmte Einschränkungen bei der Biegung der Faser haben. Darüber hinaus wissen wir, dass gewöhnliche optische Fasern in Singlemode- und Multimode-Glasfasern unterteilt werden. Was der Unterschied in ihren Übertragungsmethoden ist, lässt sich anhand der folgenden Abbildung sehr intuitiv darstellen.

 

Hier ist eine kurze Erwähnung eines neuen Typs von Lichtwellenleitern, der in den letzten Jahren populär geworden ist: Hohlkern-Lichtwellenleiter.
 

Im Gegensatz zu herkömmlichen optischen Fasern leiten Hohlkernfasern die Lichtübertragung nicht durch Totalreflexion, sondern indem sie das Licht durch den Hohlraum zwischen den Fasermedien leiten, dessen Querschnitt wie eine Bienenwabe aussieht.

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Das Prinzip der Lichtübertragung in einer Hohlkernfaser ähnelt eher der Verwendung eines Mehrschichtspiegels, um durch die gleichphasige Reflexion sehr vieler dielektrischer Oberflächen den Effekt der Totalreflexion zu erzielen.

 

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2U Chassis 1

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