Lichtwellenleiter, kurz LWL, sind dünne Fasern, die Licht gezielt führen. In Kommunikationsnetzen übertragen sie Informationen als optische Signale. Die Fasern bestehen meist aus Glas, für bestimmte Anwendungen auch aus Kunststoff. Ein Lichtwellenleiterkabel enthält eine oder mehrere solcher Fasern und zusätzliche Elemente, die sie bei Installation und Betrieb schützen.
Für die Planung ist diese Unterscheidung wichtig: Die Faser bestimmt wesentliche optische Eigenschaften. Der Kabelaufbau entscheidet mit darüber, für welche Umgebung und Verlegeart die Verbindung geeignet ist.
Was sind Lichtwellenleiter?
Ein Lichtwellenleiter ist ein optischer Wellenleiter in Faserform. Er hält eingekoppeltes Licht entlang einer vorgegebenen Strecke geführt. Anders als bei einer elektrischen Kupferverbindung wird das Datensignal dabei durch Licht übertragen.
Zur Verbindung gehören außerdem ein optischer Sender und ein Empfänger. Der Sender erzeugt das Lichtsignal, der Empfänger wandelt es wieder in ein elektrisches Signal um. In Netzwerken übernehmen diese Aufgaben beispielsweise Transceiver, also kombinierte Sende- und Empfangsmodule.
Lichtwellenleiter ermöglichen hohe Datenraten und werden auf sehr unterschiedlichen Strecken eingesetzt. Welche Übertragung tatsächlich möglich ist, ergibt sich aus dem Zusammenspiel von Faser, aktiven Komponenten und der gesamten Verbindung.
Wie ist ein Lichtwellenleiter aufgebaut?
Bei einer üblichen Glasfaser lassen sich drei wesentliche Bereiche unterscheiden:
Kern: Der innere Bereich bildet zusammen mit dem optischen Mantel die lichtführende Struktur. Seine Abmessungen und optischen Eigenschaften beeinflussen, welche Ausbreitungsformen des Lichts möglich sind.
Optischer Mantel: Diese Schicht umschließt den Kern und besitzt einen niedrigeren Brechungsindex. Bei gebräuchlichen Glasfasern bestehen Kern und optischer Mantel aus Glas. Der Mantel ist ein Bestandteil der optischen Faser und darf nicht mit dem äußeren Kabelmantel verwechselt werden.
Schutzbeschichtung: Eine Kunststoffbeschichtung, häufig als Coating bezeichnet, schützt die Glasoberfläche vor mechanischen Einwirkungen und Umwelteinflüssen. Sie übernimmt eine Schutzfunktion, nicht die eigentliche Lichtführung.
Kern und optischer Mantel sind fest miteinander verbunden. Die Darstellung als einzelne Schichten hilft beim Verständnis; sie bedeutet nicht, dass sich der Glasmantel wie eine Kabelisolierung vom Kern abziehen lässt.
Von der Faser zum vollständigen Kabel
Eine beschichtete Faser allein ist noch kein für jede Installation geeignetes Kabel. Je nach Bauart kommen weitere Elemente hinzu: etwa eine zusätzliche Aderumhüllung, Röhrchen für mehrere Fasern, Zugentlastungselemente und ein äußerer Kabelmantel.
Zugelemente können beispielsweise aus Aramidgarn bestehen. Sie nehmen mechanische Belastungen auf, damit diese möglichst nicht auf die empfindlichen Fasern wirken. Außenkabel können zusätzlich gegen Feuchtigkeit geschützt sein. Welche Elemente vorhanden sind, hängt vom konkreten Kabelaufbau ab. Maßgeblich bleibt dessen Datenblatt.
Wie funktioniert die Lichtübertragung?
Die Lichtführung beruht auf den optischen Eigenschaften von Kern und Mantel. Eine wichtige Größe ist der Brechungsindex: Er beschreibt, wie schnell sich Licht in einem Material im Verhältnis zum Vakuum ausbreitet.
Bei einer üblichen Faser ist der Brechungsindex des Kerns höher als der des optischen Mantels. Dieser Unterschied ermöglicht, dass Licht entlang der Faser geführt wird.
Ein anschauliches, vereinfachtes Modell ist die Totalreflexion: Ein Lichtstrahl trifft innerhalb des Kerns unter geeigneten Bedingungen auf die Grenze zum Mantel und wird zurückgeworfen. So kann er der Faser folgen. Dieses Strahlenmodell erklärt das Prinzip besonders leicht, bildet aber die tatsächliche Wellenausbreitung nicht vollständig ab.
Genauer wird Licht in bestimmten Feldverteilungen geführt, den sogenannten Moden. Bei Singlemode-Fasern reicht das optische Feld auch in den Mantel hinein. Die Vorstellung eines einzelnen Strahls, der ausschließlich im Kern geradlinig läuft, wäre deshalb zu stark vereinfacht.
Für die Datenübertragung verändert der Sender das Licht nach einem festgelegten Verfahren. Der Empfänger erkennt diese Veränderungen und gewinnt daraus das Datensignal zurück.
Sind Lichtwellenleiter und Glasfaser dasselbe?
Im Netzwerkalltag werden beide Begriffe häufig gleichbedeutend verwendet. Fachlich ist Lichtwellenleiter der Oberbegriff.
Glasfasern sind Lichtwellenleiter aus Glas. Daneben gibt es Kunststofflichtwellenleiter, häufig mit POF für „Polymer Optical Fiber“ abgekürzt. Auch Kombinationen aus Glaskern und Kunststoffmantel existieren.
Eine Kunststoffschutzbeschichtung macht eine Glasfaser nicht zum Kunststofflichtwellenleiter. Entscheidend ist das Material der optisch wirksamen Struktur.
Auch „Glasfaser“ und „Glasfaserkabel“ bezeichnen unterschiedliche Ebenen: Die Glasfaser führt das Licht; das Kabel ergänzt den für die Anwendung erforderlichen Schutz.
Welche grundlegenden Fasertypen gibt es?
Für den Einstieg helfen drei Gruppen. Dabei beschreiben Singlemode und Multimode die Lichtausbreitung, während POF das Fasermaterial bezeichnet. Kunststofflichtwellenleiter sind häufig ebenfalls Multimodefasern.
| Gruppe | Grundprinzip | Typische Einsatzfelder |
|---|---|---|
| Singlemode-Glasfaser | Führt bei der vorgesehenen Betriebswellenlänge eine räumliche Grundmode | Zugangsnetze, Gebäudeverbindungen, Telekommunikation und Rechenzentren |
| Multimode-Glasfaser | Ermöglicht mehrere Ausbreitungsmoden | Lokale Netze, Gebäudeverkabelung und Rechenzentren |
| Kunststofflichtwellenleiter, POF | Optisch wirksame Struktur aus Kunststoff; häufig mit vergleichsweise großem Kern | Geeignete kurze Geräte-, Steuerungs- und Industrieverbindungen |
OM3 und OM4 bezeichnen Kategorien von Multimodefasern; OS2 gehört zur Singlemode-Verkabelung. Diese Bezeichnungen ersetzen keine Prüfung der eingesetzten Übertragungstechnik.
Für die konkrete Entscheidung finden Sie im Ratgeber LWL-Kabel auswählen: Singlemode, Multimode, OM3, OM4 oder OS2? weiterführende Auswahlhilfen.
Wo werden Lichtwellenleiter eingesetzt?
Telekommunikation: Glasfasern verbinden Netzknoten und erschließen Gebäude. Beim Glasfaseranschluss bis in die Wohnung bilden sie den optischen Übertragungsweg zwischen Netzbetreiber und Teilnehmertechnik.
Gebäudenetze: LWL verbinden beispielsweise Etagenverteiler, Technikräume oder mehrere Gebäude auf einem Gelände. Fasertyp und Kabelausführung richten sich nach Anwendung, Bestand und Verlegebedingungen.
Rechenzentren: Optische Verbindungen verknüpfen Server, Switches und Verteilbereiche. Neben der Datenrate spielen Anschlussdichte, Faserzahl und eine geordnete Kabelführung eine wichtige Rolle.
Industrie: Lichtwellenleiter übertragen Daten auch in Umgebungen mit elektromagnetischen Störungen. Das optische Signal wird durch solche Störfelder nicht wie ein elektrisches Leitungssignal beeinflusst. Die angeschlossenen Geräte und gegebenenfalls metallische Kabelbestandteile müssen dennoch separat betrachtet werden.
Darüber hinaus kommen optische Fasern in Sensorik, Beleuchtung und Medizintechnik zum Einsatz. Diese allgemeinen Anwendungen bedeuten nicht, dass jede Faser oder jedes Kabel dafür geeignet ist.
Was beeinflusst die Übertragung?
Dämpfung: Das Signal verliert Leistung
Dämpfung bezeichnet die Abnahme der optischen Leistung. Verluste entstehen in der Faser sowie an Steckverbindungen und Spleißen, also dauerhaft verbundenen Faserenden.
Für eine funktionsfähige Strecke muss am Empfänger ausreichend Leistung ankommen. Deshalb werden die Verluste der gesamten Verbindung mit dem zulässigen Leistungsbudget der aktiven Komponenten abgeglichen.
Dispersion: Signale verbreitern sich zeitlich
Dispersion bedeutet, dass ein optischer Impuls während der Übertragung zeitlich breiter wird. Dadurch können benachbarte Signale schwieriger unterscheidbar werden.
Bei Multimodefasern tragen unterschiedliche Laufzeiten der Moden dazu bei. Auch unterschiedliche Wellenlängenanteile können verschieden schnell ankommen. Singlemode vermeidet die Modendispersion zwischen mehreren räumlichen Moden, ist aber nicht frei von Dispersion.
Biegungen und Verbindungen
Zu enge Biegungen können zusätzliche optische Verluste verursachen oder die Faser beschädigen. Beachten Sie die Biegeradien des konkreten Kabels; während der Verlegung können andere Grenzwerte gelten als im installierten Zustand.
Verschmutzte oder beschädigte Steckerstirnflächen, unpassende Komponenten und fehlerhafte Spleiße beeinträchtigen die Verbindung ebenfalls. Eine kurze Strecke funktioniert deshalb nicht automatisch zuverlässig. Sorgfältige Installation und passende Verbindungen bleiben erforderlich.
Welche Angaben helfen bei der Kabelauswahl?
Klären Sie vor einer Bestellung möglichst folgende Punkte:
- Anwendung: Welches Übertragungsverfahren und welche Datenrate sind vorgesehen?
- Aktive Komponenten: Welche Transceiver oder Geräteanschlüsse werden eingesetzt?
- Strecke: Wie lang ist der vollständige Übertragungsweg einschließlich Patchverbindungen?
- Faserart: Welche Faser ist vorhanden und welche benötigt die geplante Technik?
- Faserzahl: Wie viele Fasern verlangt das System, und welche Reserve ist sinnvoll?
- Steckverbinder: Welche Steckertypen, Schliffe und gegebenenfalls Polaritäten werden benötigt?
- Einsatzumgebung: Welche Anforderungen bestehen an Innen- oder Außenverlegung, Feuchtigkeit, Temperatur, mechanischen Schutz und Brandverhalten?
Vergleichen Sie dafür die Datenblätter von Kabel und aktiven Komponenten. Eine Faserbezeichnung allein legt weder die nutzbare Datenrate noch die zulässige Reichweite fest.
Weiterführende Hilfe für Ihre Planung
Für Standardausführungen finden Sie im Shop die Kategorien Glasfaserkabel & LWL Kabel und LWL-Patchkabel.
Wenn Länge, Kabelaufbau oder Steckerkombination projektbezogen abgestimmt werden müssen, bietet abatec individuelle LWL-Kabelkonfektion. Übermitteln Sie dafür die bereits bekannten Eckdaten Ihrer Anwendung; offene Angaben können anschließend technisch geklärt werden.
Häufige Fragen
Überträgt ein Lichtwellenleiter elektrischen Strom?
Die Datenübertragung erfolgt optisch. Die Faser dient dabei nicht als elektrische Versorgungsleitung. Ein vollständiges Kabel kann jedoch metallische Elemente oder zusätzliche elektrische Leiter enthalten.
Kann ein Adapter Singlemode und Multimode kompatibel machen?
Ein mechanisch passender Adapter ändert die optischen Eigenschaften der Fasern nicht. Faserart und aktive Technik müssen für die gesamte Verbindung zusammenpassen.
Erkennt man die Faserart sicher an der Kabelfarbe?
Farben helfen bei der Orientierung, sind allein aber kein sicherer Nachweis. Prüfen Sie Kabelbeschriftung, Dokumentation und Datenblatt.
Lässt sich die Datenrate durch einen Kabeltausch erhöhen?
Nur wenn die gesamte Verbindung dafür ausgelegt ist. Neben dem Kabel müssen Sender, Empfänger, Steckverbindungen und Übertragungsverfahren die gewünschte Datenrate unterstützen.