Ist die glänzende Glasfaser im Inneren, nachdem die bunte Ummantelung entfernt wurde, das, was das Licht überträgt?
Nach dem Abziehen der bunten äußeren Schicht (der Beschichtung) ist das freigelegte „glänzende Glas“ nicht vollständig für die Lichtübertragung bestimmt. Dieser Teil des Glases besteht physikalisch und optisch eigentlich aus zwei Schichten: Mantel (Cladding) und Kern (Core). Nur der im Zentrum befindliche, mit bloßem Auge nicht sichtbare „Kern“ dient tatsächlich der Übertragung des optischen Signals.
Die drei physikalischen Schichten einer Glasfaser
Von außen nach innen besteht eine Standardglasfaser aus den folgenden drei Schichten:
- Äußere Schicht: Beschichtung (Coating)
Dies ist die von Ihnen abgezogene „bunte Haut“ (häufige Materialien sind Acrylat, Polyimid usw.). Die Beschichtung ist nicht an der Lichtübertragung beteiligt; ihre Hauptaufgabe ist der Schutz des darunterliegenden zerbrechlichen Glases vor mechanischer Beschädigung, Abrieb und Feuchtigkeit. Der Außendurchmesser der Beschichtung einer Standard-Kommunikationsfaser beträgt normalerweise 250\ \mu\text{m} oder 255\ \mu\text{m} . - Mittlere Schicht: Mantel (Cladding)
Dies ist der Hauptteil des „glänzenden Glasfadens“, den Sie nach dem Abziehen der Beschichtung mit bloßem Auge sehen können. Der Außendurchmesser des Mantels einer Standard-Singlemode-Faser (SMF) beträgt 125\ \mu\text{m} . Der Brechungsindex des Mantels (bezeichnet als n_2 ) ist geringfügig niedriger als der des Kerns. Seine Hauptaufgabe ist nicht die direkte „Lichtleitung“, sondern die Sicherstellung, dass das Licht durch den Mechanismus der Totalreflexion (Total Internal Reflection) fest im Kern eingeschlossen bleibt und keine Lichtenergie nach außen entweicht. - Innerste Schicht: Kern (Core)
Ein extrem dünner Kanal in der Mitte des gesamten Glasfadens mit einem höheren Brechungsindex (bezeichnet als n_1 ), um die Bedingung für Totalreflexion zu erfüllen ( $ n_1
gt n_2 ). Bei einer Standard-Singlemode-Faser (SMF) beträgt der Kerndurchmesser nur etwa 9\ \mu\text{m} $ . Dies ist der eigentliche physikalische Kanal, der zur Führung und Übertragung des optischen Signals verwendet wird.
Warum ist der Unterschied mit bloßem Auge nicht erkennbar?
Da Kern und Mantel während der Herstellung aus hochreinem Siliziumdioxid (Quarzglas) geschmolzen und gezogen werden, sind sie vollständig miteinander verschmolzen. Der Kern hat einen etwas höheren Brechungsindex, weil dem Siliziumdioxid geringe Mengen von Elementen (wie Germaniumdioxid \text{GeO}_2 ) absichtlich beigemischt wurden. Diese Dotierung ist äußerlich völlig transparent und homogen, so dass mit bloßem Auge nicht erkennbar ist, dass dieser 125\ \mu\text{m} dicke Glasfaden im Inneren einen 9\ \mu\text{m} feinen Kern besitzt.
Bezug zu Standard-Produktkennzahlen
Am Beispiel der Standard-Glasfaser-Spezifikationen von Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) lässt sich die geometrische Verteilung dieser drei Schichten klar erkennen:
- OFSCN® G.652D Optical Fiber
- Kerndurchmesser: 9\ \mu\text{m}
- Manteldurchmesser: 125\ \mu\text{m}
- Beschichtungsdurchmesser: 255\ \mu\text{m} (die abgezogene bunte Schicht)
- OFSCN® G.657 Optical Fiber (biegeradiusunempfindliche Singlemode-Faser)
- Kerndurchmesser: 9\ \mu\text{m}
- Manteldurchmesser: 125\ \mu\text{m}
- Beschichtungsdurchmesser: 255\ \mu\text{m}
Zusammenfassung
Wenn Sie die bunte äußere Schicht abziehen:
- Der 125\ \mu\text{m} dicke Glasfaden, der Ihnen ins Auge fällt, ist hauptsächlich der Mantel, der für die Begrenzung und Reflexion von Lichtstrahlen verantwortlich ist.
- Das, was tatsächlich zum Lichttransport dient, ist nur der extrem feine Kern in der Mitte dieses Glasfadens mit einer Querschnittsfläche von nur etwa 0.5\% des Gesamten (nur 9\ \mu\text{m} Durchmesser).