Was ist Glasfasertechnik? Ein Leitfaden

20. März 2024 / Allgemeines, Grundlagenwissen

Einen Film zu streamen, einen Anruf zu tätigen oder eine Endoskopie zu machen, mag wie unterschiedliche Erfahrungen erscheinen, aber sie haben etwas gemeinsam: Sie sind durch ein unsichtbares Netz von Glasfasern miteinander verbunden. In diesem Leitfaden erläutern wir Ihnen die Vorzüge dieser leistungsstarken Technologie. Sie erfahren, wofür Glasfasern verwendet werden, wie Glasfaserkabel funktionieren und welche Vorteile sie bieten.

Was ist Glasfasertechnik?

Glasfaser ist eine Technologie, die Daten als Lichtimpulse durch Glasfasern sendet. Dieses Verfahren ermöglicht eine Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung über große Entfernungen mit minimalen Verlusten und ist daher für moderne Datennetze, die Telekommunikation und das Internet unverzichtbar.

Wofür werden Glasfasern verwendet?

Die Nachfrage nach höherer Datenübertragungskapazität und -geschwindigkeit steigt weiter, da die Netzwerkanwendungen erweitert werden und Unternehmen mehr Daten (Bilder, Sprache, Video usw.) erfassen als je zuvor. Dies erfordert eine Verkabelung, die eine höhere Bandbreitenunterstützung bietet. Glasfaserinfrastruktur wird zunehmend zum bevorzugten Medium für Datenkommunikationsnetze.

Woraus bestehen Glasfasern?

Ein Glasfaserkabel besteht aus dünnen Strängen oder Fäden aus Glas, die nicht dicker sind als ein menschliches Haar.

Ein Diagramm einer kreisförmigen Objektbeschreibung automatisch generiert

^{Glasfaserstränge bestehen aus einem Kern, einer Mantelschicht und einer äußeren Beschichtung, die oft als Puffer bezeichnet wird.}

• Der Kern eines Glasfaserkabels besteht aus extrem dünnen Strängen aus hochreinem Glas. Von einer Quelle (z. B. einer LED oder einem Laser) erzeugte Lichtsignale werden von einem Sender in den Kern gesendet.

• Eine Glasschicht, die sogenannte „Ummantelung“, umgibt den Kern eines Glasfaserkabels und dient als Beschichtung. Es reflektiert das Licht zurück in den Kern und trägt so dazu bei, die Signalstärke aufrechtzuerhalten.

• Der äußere Mantel oder „Puffer“ eines Glasfaserkabels besteht normalerweise aus Kunststoff. Er schützt die Faser vor Feuchtigkeit und Beschädigung und erhält die Festigkeit der Glasfaser im Kern.

Dank dieser Kombination spezieller Schichten kann sich das Licht weitgehend ungehindert durch das gesamte Kabelnetz bewegen. Ein Empfänger empfängt dann das Signal am Ende einer Verbindung.

Was ist der Zweck der Glasfasertechnologie?

Der Hauptzweck der Glasfasertechnologie besteht darin, die Übertragung großer Datenmengen mit hoher Geschwindigkeit und größerer Zuverlässigkeit zu ermöglichen. Diese Fähigkeiten/Funktionen sind von entscheidender Bedeutung für die Unterstützung der riesigen, miteinander verbundenen Netzwerke, die das Rückgrat unserer digitalen Gesellschaft bilden und eine effiziente Kommunikation und einen Zugriff überall und jederzeit ermöglichen.

Vor- und Nachteile von Glasfaserkabeln

Glasfaserkabel bieten gegenüber Kupferkabeln zahlreiche Vorteile, darunter eine größere Bandbreite und höhere Geschwindigkeit sowie Unempfindlichkeit gegenüber elektromagnetischen Störungen.

• Lichtgeschwindigkeit: Wie schnell ist schnell? Glasfaserkabel können Daten mit Geschwindigkeiten von bis zu 800 Gbps übertragen (das heutige Maximum für Rechenzentren, theoretisch könnten die Geschwindigkeiten jedoch noch höher sein). Breitband-Internetdienste nutzen diese Kabel, um Millionen von Kunden einige der schnellsten Internetgeschwindigkeiten bereitzustellen.

• Größere Bandbreite: Glasfasern können ein breites Spektrum an Lichtfrequenzen übertragen und so mehr Daten mit höherem Durchsatz übertragen. Beispielsweise kann eine einzelne Glasfaserverbindung einen Film im HD-Format in weniger als einer Zehntelsekunde übertragen; das typische Büronetzwerk mit Kupferkabeln würde für dieselbe Aufgabe etwa eine Minute benötigen.

• Weniger Datenverlust: Verlust oder Dämpfung ist ein Leistungsmaß in Verkabelungs- und Netzwerkstandards. Glasfaser ist weniger anfällig für Datenverlust durch elektromagnetische Störungen von Stromkabeln, Funksignalen und sogar Sonneneruptionen.

• Keine Korrosion: Da Glasfaserkabel aus nichtmetallischen Materialien bestehen, können Glasfaserverbindungen nicht korrodieren. Sie sind jedoch anfällig für Verunreinigungen durch Staub und Feuchtigkeit. Deshalb sollten Glasfaserverbindungen regelmäßig überprüft und für eine optimale Leistung sauber gehalten werden.

• Übertragung über größere Entfernungen: Kupferkabel sind ohne Signalverstärker auf eine Länge von 100 Metern begrenzt, Glasfaserkabel können Signale jedoch über 100 Kilometer übertragen, ohne dass die Signalstärke abnimmt.

Die Glasfaserverkabelung bringt einige Herausforderungen mit sich. Obwohl Glasfaser im Vergleich zu Kupfer preislich konkurrenzfähig ist, ist die für ein Glasfasernetz erforderliche Elektronik teurer. Für die Installation von Glasfaserkabeln sind außerdem Spezialwerkzeuge, Sicherheitsvorschriften und Kenntnisse in Installation, Wartung und Reparatur erforderlich. Diese können mit der richtigen Ausrüstung, Training und Support bewältigt werden.

Wer nutzt Glasfaser?

Von der Bereitstellung von Highspeed-Internet bis hin zur Konnektivität intelligenter Städte dürfte Glasfaser eine der vielseitigsten Technologien sein, die es derzeit gibt. Hier sind einige Möglichkeiten, in denen Glasfasern verwendet werden:

• Telekommunikation und Internet
Die Glasfaser spielt eine entscheidende Rolle bei Breitband-Internetverbindungen, verbindet verschiedene Netzwerke und Rechenzentren und dient als Rückgrat des Internets. Auch Cloud-Computing-Anbieter sind stark auf die Glasfaserinfrastruktur angewiesen.

• Medizinbranche
Glasfaser eignet sich ideal für den Einsatz in der hochauflösenden medizinischen Bildgebung. Bei der Endoskopie, der Laserchirurgie, der optischen Kohärenztomographie und der fotodynamischen Therapie kommt die Glasfasertechnologie zum Einsatz.

• Transport
Intelligente Transportsysteme nutzen Glasfaser zur Echtzeit-Datenüberwachung, die unter anderem zur Steuerung des Verkehrsflusses, zur Verwaltung von Mautsystemen und Parkplätzen sowie zur Überwachung des Zustands von Eisenbahnstrecken eingesetzt werden kann. Und es geht nicht nur um ernste Dinge – Glasfaserkabel werden in Unterhaltungssystemen von Flugzeugen verwendet, weil sie leichter sind (und schneller übertragen) als Kupferkabel.

• Militär
Glasfaser bietet eine sichere Kommunikationsinfrastruktur, die resistent gegen elektromagnetische Störungen, Lauschangriffe und Störsender durch Gegner ist.

• Industrielle Automatisierung
Glasfaserkabel werden häufig zur Übertragung von Daten und Steuersignalen in Umgebungen verwendet, in denen Hochleistungsmotoren, Heizungen und ähnliche Geräte große Störungen verursachen. Fabriken und Raffinerien können über sehr große Anlagen verfügen und Glasfaserkabel können längere Netzwerkverbindungen zur Überwachung von Maschinen und zur Steuerung von Prozessen ermöglichen. Glasfaserkabel leitet keinen Strom, was bei langen Kabelstrecken, bei denen das Erdungspotenzial von einem Ende des Kabels zum anderen variieren kann, ein Sicherheitsrisiko darstellen kann. Diese Eigenschaft ist bei Anwendungen von entscheidender Bedeutung, bei denen ein „Explosionsschutz“ erforderlich ist, wie etwa in Getreidesilos und Bergwerken, wo ein elektrischer Funke in der Umgebung verheerende Folgen haben könnte.

• Intelligente Unternehmen, Campusse und Städte
Glasfasertechnologie ermöglicht Hochgeschwindigkeitsverbindungen, die für Smart-City-Anwendungen sowie in großen Büros und auf Campusgeländen von entscheidender Bedeutung sind, da sie als Backbone-Technologie zur Zusammenführung großer Datenmengen über größere Entfernungen dient – von der Übertragung zwischen Stockwerken oder Gebäuden bis hin zu Überwachungsdiensten, wichtiger Infrastruktur und Sicherheit in Hochrisikobereichen.

Arten von Glasfasern

Es gibt zwei Arten von Glasfasern: Multimode und Singlemode. Sie unterscheiden sich durch ihren Kern- und Manteldurchmesser.

• Singlemode-Glasfaser: Diese Faser hat einen kleinen Kern mit einer typischen Breite von 9 µm und einen Manteldurchmesser von 125 µm. Bei Singlemode-Glasfasern kann nur ein Lichtmodustyp durch die Faser übertragen werden. Die Übertragung ist daher laserfokussiert und effizient, was zu minimalem Signalverlust führt und Anwendungen mit hoher Bandbreite über große Entfernungen ermöglicht.

• Multimode-Glasfaser: Multimode-Fasern sind in zwei Kerngrößen mit Durchmessern von 50 µm und 62,5 µm sowie einem Manteldurchmesser von 125 µm erhältlich. Dank ihres größeren Kerns können Multimode-Fasern mehrere Lichtmodi gleichzeitig übertragen. Multimode-Glasfaserkabel sind ideal für kürzere Entfernungen in Unternehmens- und Rechenzentrumsnetzwerken. Diese Kabel können dank ihrer größeren Adern leichter installiert werden, was die Ausrichtung vereinfacht.

	Singlemode-Glasfaser	Multimode-Glasfaser
Kerndurchmesser	9 µm	50 µm (Stufenindex)
Kerndurchmesser	9 µm	62,5 µm (Gradientenindex)
Manteldurchmesser	125 µm	125 µm
Am besten geeignet für	Höhere Leistung, größere Entfernungen, Rechenzentren, in denen die höheren Kosten für die unterstützende Elektronik kein Problem darstellen	Kürzere Entfernungen, geringere Gesamtkosten

Zukünftige Trends in der Glasfasertechnik

Die Zukunft der Glasfaseroptik ist spannend und die laufende Forschung und Entwicklung zielt darauf ab, die Technologie weiter zu verbessern.

Wie die folgende Grafik der Ethernet Alliance zeigt, verdoppeln sich die Datenübertragungsraten etwa alle fünf Jahre. Der große Trend geht zu höheren Datenraten über dieselben Glasfaserkabel, die für die Bereitstellung von 4K- und 8K-Videos, Virtual-Reality-Anwendungen und anderen datenintensiven Technologien von entscheidender Bedeutung sein werden.

^{Grafik mit Genehmigung der Ethernet Alliance verwendet.}

Ein weiterer Trend ist die Nutzung von Glasfaser, um die Anforderungen/Ansprüche/Forderungen von 5G-Netzen zu erfüllen. Dies sorgt für eine schnellere und zuverlässigere drahtlose Konnektivität, insbesondere in Bereichen mit hohem Datenbedarf. Glasfaser wird das Rückgrat für 5G, 5.5G, 6G und darüber hinaus sein.

Darüber hinaus werden die Miniaturisierung von Glasfaserkomponenten und die Entwicklung flexibler Fasern neue Anwendungsmöglichkeiten in Geräten des Internets der Dinge (IoT) eröffnen.

Die Bedeutung von Glasfasern für eine schnelle Datenübertragung ist klar, aber diese Technologie kann noch viel mehr. Die weitere Entwicklung des Potenzials von Glasfaser verspricht nicht nur schnellere Kommunikation, sondern öffnet auch Türen zu völlig neuen Möglichkeiten – von der Umweltüberwachung bis hin zur Verbesserung der Sicherheit in unserer vernetzten Welt.