Bei der Faseroptik handelt es sich um die Technik, Licht durch transparente, flexible Glas- oder Kunststoffstränge zu senden. Diese Stränge werden optische Fasern genannt. Sie können Licht entlang einer gekrümmten Bahn leiten. Bündel paralleler Fasern beleuchten und beobachten schwer zugängliche Stellen.
Lichtwellenleiter aus hochreinem Glas transportieren Licht über große Entfernungen. Die Reichweite reicht von wenigen Zentimetern bis über 100 Meilen. Die Dimmung ist minimal. Kabel, die diese Fasern enthalten, werden in Kommunikationssystemen verwendet. Einige einzelne Fasern sind dünner als menschliches Haar. Sie haben einen Durchmesser von weniger als 0,00015 Zoll.
Die Wissenschaft hinter der totalen inneren Reflexion
Die Faseroptik basiert auf der Totalreflexion. Licht dringt in ein Ende der einfachsten Faser ein. Es trifft auf die Grenze und spiegelt sich nach innen. Das Licht wandert in Zick-Zack-Reflexionen durch die Faser. Es tritt am anderen Ende aus.
Andere Formen von Lichtwellenleitern reduzieren oder beseitigen dieses Zickzackmuster. Die meisten optischen Fasern bestehen aus zwei Teilen. Es gibt einen Kern für die Lichtübertragung. Der Kern ist von einer Umhüllung umgeben. Die Verkleidung besteht aus Glas oder Kunststoff. Es verhindert, dass Licht austritt. Die Verkleidung reflektiert alle auf ihre Innenfläche treffenden Lichtstrahlen nach innen.
Am anderen Ende empfängt ein Detektor das Licht. Dies kann ein lichtempfindliches Gerät oder das menschliche Auge sein.
Kohärente vs. inkohärente Bündel und Fasertypen
Lichtwellenleiterbündel sind entweder kohärent oder inkohärent. Bei kohärenten Bündeln sind die Fasern so angeordnet, dass Bilder übertragen werden. Sie sorgen auch für Beleuchtung. Inkohärente Bündel haben keine besondere Anordnung. Sie übertragen nur Licht.
Es gibt zwei grundlegende Arten von Lichtwellenleitern. Zur Auswahl stehen Singlemode-Fasern und Multimode-Fasern.
Singlemode-Fasern übertragen einen einzelnen Strahl als Träger. Sie dienen der schnellen Signalübertragung über große Entfernungen. Sie haben viel kleinere Kerne als Multimode-Fasern. Sie nehmen Licht nur entlang der Faserachse auf. Winzige Laser schicken Licht direkt in die Faser.
Multimode-Fasern übertragen mehrere Lichtstrahlen. Sie haben einen größeren Kerndurchmesser. Sie nehmen Licht aus verschiedenen Winkeln auf. Multimode-Fasern nutzen mehr Arten von Lichtquellen. Sie verwenden günstigere Steckverbinder als Singlemode-Fasern. Sie dienen vor allem der Kommunikation über kürzere Distanzen.
Verlustarme Steckverbinder verbinden Fasern innerhalb des Systems. Sie tun dies, ohne das Lichtsignal zu reduzieren. Sie verbinden auch Fasern mit dem Detektor.
Medizinische Anwendungen von Endoskopen
Die Einsatzmöglichkeiten optischer Fasern sind vielfältig. In der Medizin ermöglichen sie Ärzten den Blick und die Arbeit im Inneren des Körpers. Dies geschieht durch winzige Einschnitte. Eine Operation ist nicht immer erforderlich.
Sie werden für Endoskope verwendet. Dabei handelt es sich um Instrumente zur Betrachtung des Inneren von Hohlorganen. Die meisten Endoskope verfügen über zwei Fasersätze. Ein äußerer Ring aus inkohärenten Fasern liefert Licht. Ein inneres zusammenhängendes Bündel überträgt das Bild.
Endoskope können in bestimmte Bereiche blicken. Mit einem Arthroskop untersuchen Ärzte Knie und Schultern. Einige Modelle verfügen über einen dritten Satz Fasern. Diese senden einen Laserstrahl aus. Der Laser stoppt Blutungen oder verbrennt erkranktes Gewebe.
Körpertemperaturen können mithilfe von Glasfasern gemessen werden. Sie können in Blutgefäße eingeführt werden. Dies ermöglicht eine schnelle und genaue Analyse der Blutchemie.
Industrielle und wissenschaftliche Verwendung
In der wissenschaftlichen Forschung und Fertigung übertragen faseroptische Geräte Licht. Sie begeben sich in gefährliche Bereiche und aus ihnen heraus. Sie erreichen Vakuumkammern und enge Räume innerhalb von Maschinen.
Einige Instrumente verwenden optische Faserspulen als Sensor. Veränderungen in der Faser führen zu messbaren Veränderungen der Lichteigenschaften. Diese Änderungen sind auf Druck, Temperatur oder andere Bedingungen zurückzuführen. Optische Fasern messen in der Industrie Temperatur, Druck, Beschleunigung und Spannung.
Vorteile gegenüber Kupferkabeln
Glasfaser-Kommunikationssysteme haben Vorteile. Sie sind effizienter als Systeme mit herkömmlichen Kupferkabeln. Sie verfügen über eine größere Kapazität zur Informationsübertragung. Elektrische Störungen stören sie nicht. Sie benötigen weniger Verstärker als Kupferkabelsysteme.
Eine optische Faser überträgt Informationen als Lichtsignale. Dabei handelt es sich in der Regel um Lichtblitze. Signale werden von einem kleinen Halbleiterlaser oder einer LED erzeugt. Am anderen Ende erkennt sie ein lichtempfindliches Gerät. Ein Glasfaserkabel überträgt wesentlich mehr Informationen als ein Elektrokabel gleicher Größe.
Ein wichtiger Anwendungsfall ist die Anbindung von Telefonvermittlungsstellen. Viele Kommunikationsunternehmen haben große Netzwerke installiert. Diese verlaufen über Kontinente und unter Ozeanen. Sie informieren weltweit.
Geschichte und Entwicklung
Die ersten Studien zur Faseroptik wurden Ende des 19. Jahrhunderts durchgeführt. Die praktische Entwicklung begann erst Anfang der 1950er Jahre. Die Einführung des Lasers trieb die Entwicklung voran. Dies geschah Anfang der 1960er Jahre. Die ersten optischen Fasern aus hochreinem Glas wurden 1970 hergestellt.
Die kommerzielle Nutzung von Glasfasern entwickelte sich in den 1980er Jahren rasant. Dies galt insbesondere für Kommunikationssysteme.
Häufig gestellte Fragen
Wie unterscheiden sich Singlemode- und Multimode-Fasern?
Singlemode-Fasern haben kleinere Kerne und nehmen Licht nur entlang der Achse auf. Sie verwenden winzige Laser und sind für die Hochgeschwindigkeitsübertragung über große Entfernungen vorgesehen. Multimode-Fasern haben größere Kerne und nehmen Licht aus verschiedenen Winkeln auf. Sie verwenden günstigere Anschlüsse und sind für kürzere Entfernungen geeignet.
Was ist der Unterschied zwischen kohärenten und inkohärenten Faserbündeln?
Kohärente Bündel bestehen aus Fasern, die so angeordnet sind, dass sie Bilder und Beleuchtung übertragen. Inkohärente Bündel haben keine besondere Anordnung und übertragen nur Beleuchtung.
Warum sind Glasfaserkabel besser als Kupferkabel?
Glasfasern haben eine höhere Kapazität. Sie sind immun gegen elektrische Störungen. Sie benötigen weniger Verstärker.
Wo werden Glasfasern in der Medizin eingesetzt?
Sie werden in Endoskopen eingesetzt. Sie ermöglichen Ärzten die Sicht auf Hohlorgane. Sie werden auch in Arthroskopen für Gelenke eingesetzt. Einige Modelle verwenden Laser für die Operation. Sie können die Körpertemperatur messen und die Blutchemie analysieren.
Wann begann die praktische Glasfaserentwicklung?
Die praktische Entwicklung begann Anfang der 1950er Jahre. Die kommerzielle Nutzung nahm in den 1980er Jahren zu.
Glasfaser vs. Wireless: Der Geschwindigkeitsunterschied
Ist Glasfaser besser als WLAN? Die Antwort lautet fast immer „Ja“, wenn es um die reine Leistung geht. Glasfaser überzeugt durch Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit. Es sendet Daten als Licht durch Glasfäden. Wireless sendet es über Funk. Der Äther wird überfüllt. Glas nicht.
Dennoch hat Wireless einen Sinn: Bequemlichkeit. Sie können sich bewegen. Sie benötigen kein an Ihren Laptop angeschlossenes Kabel. Wenn Sie jedoch 4K-Videos streamen oder einen Server betreiben, ist Glasfaser die bessere Wahl.
Woraus besteht ein Glasfaserkabel?
Die Leute fragen, woraus Glasfaser besteht. Die Antwort ist einfach. Es besteht aus einem Glas- oder Kunststoffkern. Dieser Kern ist von einer Schicht namens Mantel umgeben. Der Mantel reflektiert das Licht zurück in den Kern. Dadurch bleibt das Signal stark. Ohne sie würde das Licht austreten. Das Kabel mag zwar auch Schutzbeschichtungen haben, aber das Herzstück ist dieser Glasstrang.
Singlemode vs. Multimode: Welcher Fasertyp passt zu Ihren Anforderungen?
Es gibt zwei Haupttypen von Glasfaserkabeln. Sie müssen den Unterschied kennen, um das Richtige auszuwählen.
- Singlemode: Dies verwendet einen winzigen Kern. Sehr klein. Es sendet Licht direkt in die Mitte. Dadurch werden Verzerrungen reduziert. Es eignet sich am besten für die Übertragung über große Entfernungen. Denken Sie an kilometerlange Internet-Backbones oder Kabelfernsehen.
- Multimode: Dies hat einen größeren Kern. Licht wird mehr reflektiert. Die Installation ist günstiger. Es ist gut für kurze Strecken. Rechenzentren nutzen dies häufig.
Wenn Sie sich fragen, welcher Typ für Ihr Zuhause besser geeignet ist, spielt dies für lokale Netzwerke wahrscheinlich keine große Rolle. Für Ihren Internetdienstanbieter ist Singlemode jedoch der Standard für Langstreckenverbindungen.
Wo werden Glasfasern eingesetzt?
Sie sehen die Kabel vielleicht nicht, aber Sie benutzen sie jeden Tag. Zur Datenübertragung werden Glasfasern verwendet. Sie übernehmen die schwere Arbeit für das Internet. Sie übertragen Kabelfernsehsignale. Sie unterstützen Telefonanlagen.
Der entscheidende Vorteil ist die Distanz. Diese Kabel können Daten über große Entfernungen übertragen, ohne an Qualität zu verlieren. Drahtlose Signale werden schwächer. Glasfasersignale bleiben scharf. Deshalb modernisieren Großstädte ihre Infrastruktur. Sie legen das physische Rückgrat der modernen digitalen Welt.
