Informationen zur Glasfasertechnik 

1. Lichtwellenleiter- Grundlagen 

Lichtwellenleiter (LWL) sind aus modernen Datennetzen nicht mehr wegzudenken. Sie bieten in vielen Anwendungsbereichen Kosten- und Nutzenvorteile, die eine Verkabelung auf Basis  von symetrischen Kupferkabeln nicht bieten kann. Folgende Vorteile bietet eine LWL-Verkabelung:

    -          große Übertragungsstrecken ohne Zwischenverstärker 

-          geringes Gewicht und kleinere Abmessungen der Kabel 

-          keine elektromagnetische Beeinflussung der Infrastruktur 

-          galvanische Trennung verschiedener Gebäude 

-          hohe Abhörsicherheit 

-          kein Nahnebensprechen

Dämpfung einer Faser 

Wie die traditionellen Kupferkabel, unterliegen auch die Lichtwellenleiter einem bestimmten Dämpfungsverhalten. Unter optischer Dämpfung versteht man einen Lichtverlust. Am Ausgange eines Lichtwellenleiters erhält man weniger Lichtenergie, als am Eingang eingekoppelt wurde. 

Da Dämpfung von der Länge des Lichtwellenleiters abhängt wird der Dämpfungswert auf 1 km Länge bezogen, z. B. 2,8 db/km. Für die Enstehung einer Dämpfung im optischen Bereich gibt es verschiedene Gründe: 

-          Mikrorisse auf der Faseroberfläche 

-          Lichtstreuung 

-          Lichtabsorbtion 

Optische Fenster 

Die Dämpfung des Lichtwellenleiters ist abhängig von der Wellenlänge, bei bestimmten Wellenlängen ist die Dämpfung besonders niedrig. Diese werden als optische Fenster bezeichnet. 

          1.      optisches Fenster:  850 nm

2.      optisches Fenster:  1300 nm

3.      optisches Fenster:  1550 nm 

Zur Datenübertragung in lokalen Netzen wird hauptsächlich das erste optische Fenster genutzt, da in diesem Bereich sehr preisgünstige Sender und Empfänger zur Verfügung stehen.  Das zweite optische Fenster hat eine geringere Dämpfung und wird daher hauptsächlich für längere Übertragungsstrecken in lokalen Netzen eingesetzt, die hierfür notwendigen Sende- und Empfangseinrichtungen sind allerdings deutlich teuerer. Das dritte Fenster wird im WAN (Wide Area Network) genutzt, um Signale über Strecken von bis zu 100 km übertragen zu können. 

Für die qualitative Beurteilung einer LWL-Faser ist allerdings nicht nur die Dämpfung maßgebliche sondern auch das Bandbreiten-Längenprodukt. 

Bandbreitenlängenprodukt 

Die Übertragungkapazität einer Glasfaser hängt im wesentlichen von folgenden Faktoren ab: 

-          Art und Aufbau der Faser

-          Faserqualität

-          Faserlänge

-          genutzte Wellenlänge 

Das Bandbreitenlängenprodukt ist das Produkt der aus den verschiedenen Faktoren resultierenden maximalen Übertragungfrequenz mit einer Länge von 1 km. Die Maßeinheit ist „MHz x km“, der Wert wird im Datenblatt der Faser angegeben. Eine Faser mit einem Banbreitenlängenprodukt von 600 MHz x km stellt eine Übertragungsbandbreite von 600 MHz bei einer Länge von einem Kilometer zur Verfügung. Bei einer Länge von 500 m würde die max. Bandbreite somit 1200 MHz betragen, eine zwei Kilometer lange Faser stellt nur noch eine Bandbreite von 300 MHz zur  Verfügung. 

Mit Hilfe des Bandbreitenlängenprodukts kann somit die geeignete Faser für den geplanten Einsatz ausgesucht werden.

2. Faser-Typen 

Der Lichtwellenleiter besteht aus einem zylindrischen Kern und einem Mantel mit einer geringeren Brechzahl, der den Kern konzentrisch umschließt.  

Dieser prinzipielle Faseraufbau gilt für alle Fasertypen bei Lichtwellenleitern. Bei den optischen Übertragungssystemen werden zwei Arten von Lichtwellenleitern unterschieden. 

-          Mehrmoden-Gradientenfasern

-          Einmoden-Stufenindexfasern 

Bei Mehrmodenfasern werden sehr viele diskrete Wellen (Moden) zur Signalübertragung genutzt. Die Lichtanteile werden hierbei mit unterschiedlichen Einstrahlwinkeln in die Glasfaser eingekoppelt. Bei Einmoden-Fasern (Singlemodefasern) wird bedingt durch den geringeren Kerndurchmesser nur ein Lichtstrahl durchgelassen. 

Die Mehrmodenfasern (Multimodefasern) werden hauptsächlich in lokalen Netzen mit einer Ausdehnung bis zu 3 km eingesetzt, wobei die Singlemodefasern hauptsächlich in Weitverkehrsnetzen zum Einsatz kommen. 

Das Kernglas bei Singlemodefasern hat einen Durchmesser von 9 µm, im Multimodebereich sind Fasern mit 50µm und 62,5 µm Kernglas verfügbar. Der gesamte Durchmesser (Kernglas mit umschließenden Mantelglas) aller Fasern beträgt 125 µm. Die 62,5 µm Variante bei den Multimodefasern tritt zunehmend in den Hintergrund, da sie bei höheren Übertragungsbandbreiten einen erhebliche Reichweitennachteil hat. 

Aufgrund der unterschiedlichen Leistungsfähigkeit von Multimodefasern, wurde eine Einteilung in LWL-Faserklassen vorgenommen, damit der Anwender die für jeweiligen Einsatzzweck geeignete Faser aussuchen kann.

Einteilung der Faserklassen nach DIN EN 50173

3. Kabeltypen 

Zum Schutz vor äußeren Einflüssen erhalten alle LWL-Fasern eine primäre Schutzschicht (Primär-Coating) die direkt bei der Fertigung aufgebracht wird. Da das Primär-Coating für einen vollständigen Schutz der Faser unter realen Verlegebedingungen nicht ausreicht, werden die Fasern mit einer zusätzlichen Schutzhülle versehen, dem Sekundär-Coating. 

Je nach Anwendungsgebiet für die Faser unterscheidet man beim Aufbau des Sekundär-Coatings zwischen vier Gruppen.  

-          Vollader: Hierbei wird die zweite Schutzschicht direkt und fest auf die erste Schutzschicht der Faser aufgebracht. 

-          Kompaktader: Bei der Kompaktader ist das Sekundär-Coating nicht starr mit der Faser verbunden, sondern eine Gleitschicht aus einem Gel trennt die Faser vom Außenmantel 

-          Hohlader: Bei der Hohlader wird die primär geschützte Faser von einem Kunststoffröhrchen umgeben, so dass zwischen Faser und Hülle ein Hohlraum verbleibt  

-          Bündelader: Die Bündelader besteht aus mehreren primär geschützten Fasern die von einem gemeinsamen Kunststoffröhrchen umgeben sind.

Auch mit der Installation des Sekundär-Coatings ist der Kabelaufbau eines Lichtwellenleiters nicht vollständig abgeschlossen. Die weiteren Kabelelemente dienen im wesentlichen dazu die Fasern vor äußeren Einflüssen zu schützen. Man unterscheidet dabei prinzipiell zwischen drei Kabeltypen: 

-          Innenkabel für den Einsatz innerhalb von Gebäuden 

-          Außenkabel für den Einsatz außerhalb von Gebäuden 

-          Universalkabel für den Einsatz im Innen- und Außenbereich 

Innerhalb dieser Hauptgruppen gibt es wiederum eine Vielzahl von Untergruppen an unterschiedlichen Kabelaufbauten für die verschiedensten Einsatzzwecke. 

Die Kennzeichnung eines LWL-Kabels erfolgt in Form einer Typenkurzbezeichnung. Dieser DIN-Schlüssel ist in der DIN VDE 0888 festgelegt. Die Bedeutung der einzelnen Positionen kann man der  folgenden Tabelle entnehmen: 

Beispiel: A - DQ (ZN) B2Y 12G50/125 2,7B400 LG

Außenkabel, metallfrei, mit gelgefüllten Bündeladern, Quellfließ und Glasrovingsumspinnung als nichtmetallene Zugentlastungselemente und Bewehrung als Nagetierschutz. 12 Gradientenfasern mit Kern-/Manteldurchmesser 50/125µm, Dämpfungskoeffizient <=2,7dB/km und Bandbreite >=400MHz für 1 km bei 850µm Wellenlänge, Lagenverseilt.

4. Verbindungstechnik 

In der LWL-Technik gibt es zwei Methoden zur Verbindung der einzelnen Fasern. Zum einen sind dies lösbare Verbindungen die über Steckverbinder realisiert werden, zum anderen unlösbare Verbindungen bei den die Faserenden fest miteinander verbunden werden. 

Da das Licht nur im Kern der Faser geführt wird, muß es an den Verbindungsstellen von einem Kern in den anderen gekoppelt werden. Das funktioniert nur, wenn die beiden Koppelstellen sauber, gerade und plan ausgebildet sind und exakt aufeinander positioniert werden. Bei einem Kerndurchmesser von nur wenigen Mikrometern stellt sich die Verbindung von Glasfasern als absolute Präzisionsarbeit dar. 

Steckverbindungen 

Steckverbindungen werden benötigt, um die Glasfaserkabel an aktive Komponenten anzuschließen. Die LWL-Stecker bestehen meist aus einem Steckerstift (Ferrule), der die Faser präzise führt, und einem Gehäuse das den Anschluß an die Kupplung vornimmt. Die Ferrule ist ein hochpräzises, zylindrisches Metall- oder Keramikteil, in dessen Längsachse die Faser geführt wird. Die Stirnfläche der Ferrule wird poliert, um Dämpfungen durch Kratzer zu vermeiden. 

In der Kupplung, die ebenfalls hochpräzise gefertigt ist, werden die beiden Ferrulen mittels einer geschlitzten Hülse aus Metall oder Keramik so aufeinander geführt, dass die Faserkerne exakt positioniert sind. Die Faserstirnflächen werden dabei mit einem definierten Druck aufeinander gedrückt. 

ST-Stecker

Dieser Steckertyp ist sowohl für Einmoden- als auch für Multimodefasern geeignet. Der ST-Stecker zählt zu den im optischen Netzwerkbereich am häufigsten eingesetzten Steckertyp. Die hohe Zahl von Stecksystemen dieser Bauart die im nach wie vor im Einsatz sind, ist auf die frühe Normung und das gute Preis-/ Leistungsverhältnis zurückzuführen. 

SC-Stecker

Dieser Stecktyp hat in den letzten Jahren zunehmen an Bedeutung gewonnen. Dies ist vor allem darauf zurückzuführen, dass die DIN EN 50173 bei Neuinstallationen diesen Steckertyp vorschreibt. 

Der Stecker besitzt eine automatische, verdrehsichere Verriegelung (Push-Pull-Einrastung). Die Ferrule ist aus Keramik gefertigt das Gehäuse aus Kunststoff. Er ist sowohl für Einmoden- als auch für Mulitmodefasern verfügbar. Eine weitere Eigenschaft des SC-Steckers ist die Möglichkeit, zwei einzelne Stecker mittels einer Klammer zu einer Steckerkombination zu verbinden. Man spricht in diesem Fall von einem Duplexstecker. 

LC-Stecker

Der LC-Stecker gewinnt in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung. Aufgrund seiner geringeren Abmessungen, die durch eine Ferrule mit einem Durchmesser von nur 1,25 mm realisiert wird (SC und ST Stecker haben einen Ferrulen-Durchmesser von 2,5 mm), ermöglicht der Einsatz dieses Steckers eine ca. doppelt so hohe Packungsdichte in den Spleißboxen bzw. aktiven Komponenten. 

Unlösbare Verbindungen (Spleißverbindungen) 

Die nicht lösbaren Verbindungen werden für folgende Zwecke eingesetzt: 

-          Mehrfaserverbindungen zwischen hochfaserigen gleichen Kabeln

-          Mehrfaserabzweigungen zwischen hochfaserigen Kabeln unterschiedlicher Faserzahl

-          Endverteiler für den Anschluss von LWL-Steckern an Haupt- und Unterverteilern

-          Abschluss von LWL-Anschlussdosen, sofern die Stecker nicht vor Ort montiert werden

Bei der LWL-Spleißtechnik werden folgende Verfahren unterschieden: 

-          thermischer Lichtbogenspleiß

-          mechanischer Spleiß

-          Klebespleiß 

Innerhalb der lokalen Netzwerke ist der thermische Lichtbogenspleiß die am häufigsten eingesetzte Spleißtechnik, bei Weitverkehrsnetzen kommt ausschließlich diese Verfahren zum Einsatz. Der Grund dafür ist die mit Abstand höchste Qualität der Verbindungen bei geringsten Dämpfungswerten. 

Beim thermischen Lichtbogenspleiß, auch Fusionsspleiß genannt, werden zwei Fasern mittles eines elektrisch erzeugten Lichtbogens fest verbunden. Dabei werden die zum Spleißen vorbereiteten Faserenden im Lichtbogen ohne weitere Hilfsmittel miteinander verschweißt, dafür ist ein entsprechendes Spleißgerät erforderlich

                                               Quelle: CorningCable

LWL-Anschlußkomponenten 

Um ein Glasfasernetz aufzubauen, sind nicht nur die LWL-Kabel und Stecker eine zwingende Voraussetzung, sondern auch die entsprechenden Anschlußkomponenten. 

Zu dieser Kategorie der optischen Komponenten zählen die: 

-          LWL-Spleißkassetten

-          LWL-Spleißboxen

-          LWL-Patchfelder

-          LWL-Patchkabel

-          LWL-Anschlußdosen

5. LWL-Messungen 

Die Güte einer LWL-Verbindung muss durch eine oder mehrere Messungen nachgewiesen werden. Mit Hilfe dieser Messungen kann die Qualität der konfektionierten LWL-Stecker, der Kabel sowie der vorhandenen Spleiße beurteilt werden. 

Ein wesentliches Prüfkriterium für die Beurteilung einer LWL-Strecke ist die Dämpfung, sie sollte so gering wie möglich sein um möglichst große Strecken überbrücken zu können. Die Dämpfung kann mit zwei Messmethoden ermittelt werden: zum einen mit einer Transmissionsmessung zum anderen mit einer Reflexionsmessung. Die folgenden Fasern und Wellenlängen können dabei überprüft werden: 

-          850 nm (Mehrmodenfasern)

-          1300 nm (Einmoden- und Mehrmodenfasern)

-          1550 nm (Einmodenfasern) 

Transmissionsmessung 

Bei der Transmissionsmessung wird die Dämpfung als absoluter Wert ermittelt. Diese Messung wird dann eingesetzt, wenn bei Kabelanlagen mit LWL-Steckern und –Spleiß die Dämpfung für eine Beurteilung ausreichend ist. 

Reflexionsmessungen 

Eine weitere Methode, um die Dämpfungswerte einer LWL-Verbindung zu ermitteln, ist die Reflexionsmessung. Die Reflexionsmessung, auch als OTDR-Messung (Optical Time Domain Reflectometry) bezeichnet, hat gegenüber der Transmissionsmessung

den Vorteil, dass die Güte der LWL-Kabelanlage über die Gesamtlänge beurteilt und dokumentiert werden kann. Dämpfungserhöhungen infolge von Druckbelastungen, Stauchungen oder zu engen Biegradien können genauso wie Spleißdämpfungen ermittelt werden. Die OTDR-Messung stellt den Dämpfungsverlauf über die Gesamtlänge der Faser dar. 

Die Messung kann von einer oder beiden Seiten durchgeführt werden. Die Güte der Eingangs- und Ausgangsstecker kann nur mit Vorlauf- und Nachlauffasern erfasst werden.