Geschichte der Lichtwellenleiterdämpfung

 Wir wissen, dass die Glasfasertechnologie eine Revolution im menschlichen Kommunikationsprozess ausgelöst hat und Glasfaser die Schlüsselkomponente in der Glasfaser ist. Licht ist natürlich der Träger unserer Kommunikationssignale. Wir verwenden Licht seit Hunderten von Jahren, um Informationen zu übertragen. Die neue Art der Lichtübertragung durch Glasfasern eröffnete jedoch neue Wege für technologische Innovationen, die das menschliche Leben bereichern.

Ebenso war die Erfindung von LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) in den 1960er Jahren einer der großen Sprünge, die die Übertragung von Licht durch Glasfasern ermöglichten. Der Laser kann eine größere Datenmenge senden als Telefon-, Mikrowellen- und Kupfer-Telekommunikationssysteme.

Wissenschaftler haben viele verschiedene Möglichkeiten ausprobiert, Laserlicht zu übertragen. Sie probierten verschiedene Glasfasertypen aus und beobachteten, welche weniger Übertragungsverluste lieferte. Die Experimente reichen vom Weltraum über Glasröhren bis hin zu massiven Glasdrähten und so weiter. Massive Glasdrähte lieferten vielversprechende Ergebnisse und wurden so zu einem bevorzugten Medium für Forscher.

Kupferdrähte wurden für die Telekommunikation verwendet und die ersten Ergebnisse an massiven Glasdrähten reichten nicht aus, um die Kupferdrähte zu ersetzen. Der Transmissionsverlust bei massiven Glasdrähten, genannt Dämpfung, war hoch. 1000 dB/km haben Forscher in ihren Studien in den 1960er Jahren für die Glasfaser gemessen. Solche Verlustmengen waren für die Übertragung nicht akzeptabel, und die Forscher setzten ihre Bemühungen fort, das Glas zu reinigen, um geringere Verluste zu erzielen.

1969 kamen Wissenschaftler zu dem Schluss, dass die Dämpfung in Glasdrähten durch Entfernen der Verunreinigungen verringert werden kann. Sie fanden heraus, dass die Verunreinigungen in Glasdrähten einen Signalverlust in Lichtwellenleitern verursachen. Sie entwickelten Techniken, um das Glas durch Entfernen der Verunreinigungen zu reinigen. Es war nicht Siliciumdioxid, das Streu- und Absorptionsverluste in einer Glasfaser verursachte, sondern die Metalle, Metalloxide und Hydroxylionen verursachen eine hohe Dämpfung.

Wissenschaftler in Cornings Labor in den USA stellten 1970 eine Multimode-Glasfaser her, die einen Verlust von 20 dB/km aufwies. Das war eine erstaunliche Leistung in der Geschichte der Glasfasern und der Dämpfung. Charles Kao, der Vater der Faseroptik, schlug Möglichkeiten vor, eine Dämpfung von nur 4 dB/km zu erreichen.

Corning stellte 1972 eine Multimode-Faser her, die eine Dämpfung von 4 dB/km bei 850 nm aufwies. Diese Erfindung war ein Meilenstein und ermutigte Forscher auf der ganzen Welt, an geringeren Verlustwerten für Quarzglasfasern zu arbeiten. Multimodefasern waren die ersten optischen Fasern, die für Telekommunikationsnetze verwendet wurden. Bei 1300 nm weisen Multimode-Fasern eine Dämpfung von etwa 1,5 dB/km auf. Diese waren für die ersten Versionen von Multimode-Fasern mit einem Kerndurchmesser von 62,5 Mikrometern.

Nun wissen wir, dass eine Multimode-Faser mit einem Kerndurchmesser von 50 Mikrometern eine Dämpfung von weniger als 2,5 dB/km bei 850 nm und 0,5 dB/km bei 1300 nm aufweist.

Die Dämpfung ist eine wellenlängenabhängige Eigenschaft. Die Dämpfung bei niedrigeren Wellenlängen ist höher und bei höheren Wellenlängen niedriger. Beachten Sie, dass diese Aussage für einen Wellenlängenbereich von 800 nm bis 1550 nm gilt. Ab 1550 nm nimmt die Dämpfung zu. Gegen Ende der 1980er Jahre konnte es den Forschern gelingen, Singlemode-Fasern zu entwickeln, die die Übertragung höherer Wellenlängen unterstützen, um niedrigere Dämpfungswerte zu erreichen.

Im Großen und Ganzen gibt es zwei Grundtypen von optischen Fasern, Multimode-Fasern und Singlemode-Fasern. Beide Typen werden für Telekommunikationsnetze verwendet. Singlemode-Glasfasern werden für Langstreckennetze verwendet, und Multimode-Glasfasern werden für Kurzstreckennetze verwendet.

Die Dämpfung in frühen Singlemode-Fasern, die als ITU-T G.652A-Fasern klassifiziert wurden, betrug bei 1310 nm 0,5 dB/km und 0,40 dB/km bei 1550 nm. Die zweite Version der Singlemode-Faser, die ITU-T G.652B, zeigte Verbesserungen in der Dämpfung bei beiden Wellenlängen. ITU-T G.652B-Fasern zeigten 0,4 dB/km bei 1310 nm und 0,35 dB/km bei 1550 nm. Praktisch sind diese Dämpfungswerte geringer als die von der ITU-T spezifizierten.

G.652B-Fasern, die von Glasfaserherstellern angeboten werden, haben Dämpfungswerte von weniger als 0,35 dB/km bei 1310 nm und 0,20 dB/km bei 1550 nm. Dies ist bei ITU-T G.652C- und ITU-T G.652D-Fasern der Fall, obwohl die ITU-T-Empfehlungen 0,4 dB/km bei beiden Wellenlängen für beide Typen spezifizieren.

Das Streben nach geringeren Verlusten für optische Fasern hat zur Erfindung von verlustarmen optischen Fasern geführt. Einige Hersteller haben für Glasfasern der Kategorie G.652 einen Pegel von 0,17 dB/km bei 1550 nm und 0,32 dB/km bei 1310 nm erreicht.

Einige Faserhersteller konnten eine Dämpfung von weniger als 0,16 dB/km für cut-off-verschobene Fasern erreichen, die für transozeanische Ultra-Langstrecken-Netzwerke verwendet werden. Die bisher niedrigste gemeldete Dämpfung beträgt 0,1419 dB/km.