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Herkömmliche optische Glasfasern sind wenig flexibel, wenn ihre Durchmesser nicht klein genug sind. Außerdem sind sie relativ zerbrechlich und neigen dazu, durch Stöße gebrochen zu werden. Außerdem sind sie schwer, weil ihr spezifisches Gewicht vergleichsweise groß ist. Außerdem sind sowohl die Glasfasern selbst als auch ihre Stecker teuer. Aufgrund dieser Nachteile wurde versucht, Glasmaterialien durch Kunststoffe zu ersetzen.
Was ist eine optische Kunststofffaser?
Kunststoff-Lichtwellenleiter (POF) (oder Polymer-Lichtwellenleiter) ist eine optische Faser, die aus Polymer hergestellt wird. Ähnlich wie bei Glasfasern überträgt POF Licht (zur Beleuchtung oder für Daten) durch den Kern der Faser. Sein Hauptvorteil gegenüber dem Glasprodukt, wobei der andere Aspekt gleichwertig ist, ist seine Robustheit beim Biegen und Strecken.
POF wurde als "Consumer" Glasfaser bezeichnet, weil die Glasfaser und die damit verbundenen optischen Verbindungen, Stecker und Installationen alle kostengünstig sind.
Aufgrund der Dämpfungs- und Verzerrungseigenschaften von PMMA-Fasern werden sie häufig für Anwendungen mit niedriger Geschwindigkeit, kurzer Entfernung (bis zu 100 Meter) in digitalen Haushaltsgeräten, Hausnetzen, industriellen Netzwerken (PROFIBUS, PROFINET) und Autonetzen (MOST) eingesetzt. Die perfluorierten Polymerfasern werden häufig für viel schnellere Anwendungen wie die Verkabelung von Rechenzentren und Gebäude-LANs verwendet. Polymer-Lichtwellenleiter können aufgrund ihrer geringen Kosten und ihres hohen Widerstands für Fernerkundung und Multiplexing eingesetzt werden.
Kern 96%, 1,0 mm Kunststoff-Lichtwellenleiter (POF), verwendet typischerweise PMMA (Acryl), ein universelles Harz als Kernmaterial, und fluorierte Polymere für das Hüllmaterial. Die optische Wellenlänge dieser Faser beträgt 650 nm und ist kompatibel mit Standardkomponenten von der Stange.
Bei Fasern mit großem Durchmesser sind 96 Prozent des Querschnitts der Kern, der die Lichtübertragung erleichtert. Obwohl Quarzfasern für Infrastrukturen weit verbreitet sind, wird POF als "Consumer"-Lichtwellenleiter bezeichnet. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Kosten für POF, die damit verbundenen optischen Verbindungen, Stecker und Installationskosten gering sind.
Die Vorteile von Kunststoffen sind vielfältig. So sind die daraus resultierenden Glasfasern leicht, zäh und flexibel, so dass ihre Durchmesser und numerischen Aperturen groß dimensioniert werden können. Darüber hinaus ist ihre Handhabung beispielsweise einfach und kann problemlos an lichtemittierende und/oder aufnehmende Elemente angeschlossen werden. Im Allgemeinen umfasst eine optische Kunststofffaser einen Kern aus einem Kunststoffmaterial mit einem größeren Brechungsindex und einer guten optischen Transmission und eine Umhüllung aus einem Kunststoffmaterial mit einem kleineren Brechungsindex und einer hohen Transparenz. In dieser Struktur wird das Licht durch Reflexion an der Schnittstelle zwischen Kern und Mantel übertragen.
Kunststoff-Lichtwellenleiter unterscheiden sich in vielerlei Hinsicht stark von Glasfasern:
Viele POF haben ihr Verlustminimum bei sichtbaren Wellenlängen oder im nahen Infrarot (bei < 1,3 μm) bei perfluorierten Polymeren. Zum Vergleich: Silica-Fasern haben ihr Verlustminimum bei > 1,5 μm und einige andere Gläser sogar bei viel längeren Wellenlängen.
Ein typischer POF hat hohe Ausbreitungsverluste von z.B. 50 oder 100 dB/km, während Silica-Fasern einige dB/m (Multimode-Fasern) oder sogar deutlich unter 1 dB/km (Singlemode-Fasern) erreichen können. Daher ist die Datenübertragung mit POF auf wesentlich kürzere Strecken beschränkt.
POF sind in der Regel Multimodefasern mit einem großen Kern (Durchmesser im Bereich von 1 mm) und einer hohen numerischen Apertur (z.B. 0,4), die eine große Anzahl von geführten Modi unterstützen. Dies ist von Vorteil, wenn Leuchtdioden als Datensender verwendet werden. Wie bei Glasfasern kann auch bei Glasfasern die intermodale Dispersion durch den Einsatz von Grade-Index-Profilen minimiert werden.
POF scheint nicht für die Single-Mode Führung geeignet zu sein.
POF sind mechanisch robuster und flexibler. Ihre multimodale Führung mit großem Kern und hoher NA entspannt die Toleranzen für Steckverbinder stark, so dass einfache Kunststoffteile verwendet werden können und keine aufwändige Schulung erforderlich ist. Aus diesen Gründen und nicht billigeren Materialien ermöglichen POF in verschiedenen Anwendungen erhebliche Kosteneinsparungen. POF-Kabel können dünner und leichter sein als mechanisch gut geschützte Glasfaserkabel.
