Wie wirkt sich die Dämpfung auf mein Glasfasernetz aus?

Glasfasernetze sind Netzwerke, bei denen die Datenübertragung mit Hilfe von optischen Transceivern und optischen Kabeln erfolgt. Die optischen Sender-Empfänger übertragen ein optisches Licht über ein optisches Kabel. Wie bei Standard-Ethernet-Kupfernetzen werden auch optische Netzwerke durch äußere Belastungen und innere Eigenschaften beeinflusst, so dass ein gewisser Leistungsverlust entsteht. Diese optische Verlustleistung wird als Dämpfung bezeichnet.

Glasfaserkabel bestehen aus Glasfaserkern und -mantel, Pufferbeschichtung, Kevlar-Festigkeitskomponenten und einem schützenden Außenmaterial, dem sogenannten Mantel. Abhängig vom Typ des optischen Kabels. Diese Komponenten können in Größe und Festigkeit variieren. Im Gegensatz zu den Kupferkabeln, die Strom zur Datenübertragung verwenden, verwenden Glasfaserkabel optische Lichtimpulse für die gleiche Funktion. Ihr Kern besteht aus einem hochreinen Glas, das von einer spiegelartigen Verkleidung umgeben ist. Wenn das Licht auf das Kabel trifft, fährt es den Kern hinunter, der ständig von der Verkleidung hüpft, bis es das endgültige Ziel erreicht. Es gibt zwei Arten von optischen Kabeln, Multimode und Singlemode. Von außen sehen sie fast gleich aus, aber ihr Inneres spielt eine große Rolle bei der optischen Dämpfung. Singlemode-Fasern werden wegen ihres engeren Kerns und ihrer engeren Umhüllung für Hochgeschwindigkeitsverbindungen mit großer Reichweite verwendet, die die Lichtübertragung verbessern, indem sie das Aufprallen des Lichts auf die Umhüllung begrenzen. Multimode-Fasern haben einen größeren Kern, so dass das Licht immer mehr Energie verliert, bis es das Ziel erreicht.

Die optische Dämpfung von Glasfasern ist jedoch nicht nur die durch den Kabelkern verlorene Leistung. Eine hohe optische Dämpfung kann durch Absorption, Streuung und physikalische Belastung des Kabels wie Biegen verursacht werden. Die Signaldämpfung ist im Allgemeinen definiert als das Verhältnis der optischen Eingangsleistung zur optischen Ausgangsleistung. Wie die Namen schon andeuten, ist die optische Eingangsleistung die vom optischen Sender-Empfänger in das optische Kabel eingespeiste Leistung und die optische Ausgangsleistung die vom Sender-Empfänger am anderen Ende des Kabels empfangene Leistung. Die Dämpfungseinheit wird als dB/km bezeichnet.

Absorption ist eine der Hauptursachen für die optische Dämpfung. Dies ist definiert als die optische Verlustleistung, die durch die Umwandlung der optischen Leistung in eine andere Form entsteht. Die Absorption wird typischerweise durch einen Restwasserdampf verursacht. Im Allgemeinen wird die Absorption durch zwei Faktoren definiert:

• Unvollkommenheit in der atomaren Struktur des Fasermaterials
• Die extrinsischen und intrinsischen Fasermaterialeigenschaften, die das Vorhandensein von Verunreinigungen im Fasermaterial darstellen.

1. Die extrinsische Absorption wird durch Verunreinigungen wie Spurenmetalle, Eisen und Chrom verursacht, die während des Herstellungsprozesses in die Faser eingebracht werden. Diese Spurenmetalle verursachen während des Umwandlungsprozesses einen Leistungsverlust, wenn sie von einer Energieebene zur anderen wechseln.
2. Die intrinsische Absorption wird durch die grundlegenden Eigenschaften des Fasermaterials verursacht. Wenn das Glasfasermaterial rein ist, ohne Verunreinigungen und Unvollkommenheiten, dann wäre jede Absorption intrinsisch. Beispielsweise wird Quarzglas in Glasfasern aufgrund seiner geringen intrinsischen Absorption bei bestimmten Wellenlängen im Bereich von 700 nm bis 1600 nm verwendet.

Streuverluste werden durch die Dichteschwankungen in der Faser selbst verursacht. Diese werden während des Herstellungsprozesses produziert. Streuung tritt auf, wenn das optische Licht auf verschiedene Moleküle im Kabel trifft und umherprallt. Die Streuung ist stark abhängig von der Wellenlänge des optischen Lichts. Es gibt zwei Arten von Streuverlusten bei Glasfasern:

• Rayleigh-Streuung - diese Streuung tritt bei kommerziellen Fasern auf, die bei 700-1600 nm Wellenlängen arbeiten. Rayleigh-Streuung tritt auf, wenn die Größe der Dichtefluktuation weniger als 1/10 der Betriebswellenlänge beträgt.
• Mie-Streuung - diese Streuung tritt auf, wenn die Größe der Dichtefluktuation größer als 1/10 der Betriebswellenlänge ist.

Das Biegen des Glasfaserkabels bewirkt ebenfalls eine Dämpfung. Der Biegeverlust wird in Mikrobiegungen und Makrobiegungen unterteilt:

• Mikrobiegungen sind kleine mikroskopische Biegungen in der Faser, die am häufigsten auftreten, wenn die Faser verkabelt wird.
• Makro-Biegungen hingegen sind Biegungen, die einen großen Krümmungsradius im Verhältnis zum Kabeldurchmesser aufweisen.

Eine weitere Art der optischen Verlustleistung ist die optische Dispersion. Die optische Dispersion stellt die Verteilung des Lichtsignals über die Zeit dar. Es gibt zwei Arten der optischen Dispersion:

• Chromatische Dispersion, die die Ausbreitung des Lichtsignals aufgrund der unterschiedlichen Geschwindigkeiten der Lichtstrahlen bewirkt.
• Modale Dispersion, die die Ausbreitung des Lichtsignals bewirkt, das sich aus den verschiedenen Ausbreitungsmodi der Faser ergibt.

Die modale Dispersion begrenzt in den meisten Fällen die maximale Bitrate und Verbindungslänge in Multi-Mode-Fasern. Die chromatische Dispersion ist der Hauptverantwortliche für die Dämpfung bei Singlemode-Fasern.

Vor diesem Hintergrund sollten wir immer die mögliche Dämpfung der Fasern berücksichtigen, testen und berechnen, um ein stabiles Netzwerk für zukünftige Upgrades bereitzustellen.