Polymere optische Faser

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Polymere Seitenlichtfasern

Polymere optische Fasern (kurz POF, engl. für polymeric optical fiber oder auch plastic optical fibre) sind Lichtwellenleiter aus Kunststoff, die primär für die Datenübertragung eingesetzt werden, in Form von Seitenlichtfasern aber auch in der (indirekten) Beleuchtung zum Einsatz kommen. Insbesondere in der Kurzstrecken-Datenübertragung gelten POF aufgrund Ihrer Robustheit gegenüber Biegungen und Erschütterungen sowie Ihrer einfachen Konfektionierung als Alternative zur Glasfaser – dem derzeit technisch bedeutsamsten Lichtwellenleiter.

Aufbau

Eine Standard-Polymerfaser ist 1 mm dick und besteht aus einem 0,98 mm dicken Kern aus Polymethylmethacrylat (PMMA) sowie einem dünnen Mantel. Um eine Lichtführung durch den Effekt der Totalreflexion im Kern zu ermöglichen, besteht der meist sehr dünne Mantel aus fluoriertem PMMA, welches einen geringeren Brechungsindex aufweist. Die Kerndurchmesser bewegen sich zwischen 0,06 und 1 mm, wodurch einfache Steckverbindungen unproblematisch zu realisieren sind. Weiterhin kann somit auf das zur Verbindung von Glasfasern häufig eingesetzte Spleißverfahren, und dem damit verbundenen unnötig hohen Aufwand, in der Regel verzichtet werden. Die maximale Einsatztemperatur von Standard-POF liegt bei etwa 60 °C, die numerische Apertur bei 0,5.

Die Vorteile der POF liegen – analog zur Glasfaser – in ihrem geringen Gewicht, ihrer hohen Flexibilität und ihrer Unempfindlichkeit gegenüber elektromagnetischen Einflüssen (elektromagnetische Verträglichkeit). Aufgrund der im Vergleich zur Glasfaser geringeren Produktionskosten sowie den einfachen und nahezu universell einsetzbaren Verbindungstechniken finden POF insbesondere Anwendung bei kurzen Datenübertragungsstrecken, so beispielsweise innerhalb von Räumen, technischen Geräten, mechanischen Anlagen oder auch Personenkraftwagen (siehe auch: MOST-Bus).

Die wesentlichen Nachteile der POF sind ihre hohe Dämpfung (etwa 0,1 dB/m bei einer Wellenlänge von 650 nm)[1] sowie der technische Aufwand bei der Herstellung von Gradientenindexfasern und Monomodefasern. Durch die hohe Dämpfung ist die maximale Länge der Faser ohne Verstärkung etwa 100 bis 120 m. Eine hohe Dispersion führt zu einem im Vergleich zur Glasfaser geringem maximalen Bandbreitenlängenprodukt einer Übertragungsstrecke.

Einsatz in der Datenübertragung

In der Praxis werden mit Polymerfasern Übertragungsgeschwindigkeiten von etwa 100 Mbit/s bei 30 m Leitungslänge erreicht. Im Rahmen von Übertragungsversuchen mit Gradientenindexfasern wurden im Jahr 2002 allerdings bereits 1,25 Gbit/s über 1 km und im Jahr 2010 10 Gbit/s über 15 m erreicht.[2] Zusätzlich wurde anhand eines Laborexperimentes an der Universität Kiel die Robustheit gegenüber sehr kleinen Biegeradien bei 40 Gb/s über 50 m Plastikfaser mit einer sehr breitbandigen Photodiode nachgewiesen (Postdeadline Paper ECOC 2007). Die Übertragungsfenster der Stufenindex-POF befinden sich im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums, d. h. im Licht. Als Sender werden meist Leuchtdioden (LED) mit einer Wellenlänge von 650 nm verwendet. Zwar ist auch der blaugrüne Bereich hochtransparent, jedoch sind bislang keine effizienten und preiswerten Emitter verfügbar, weshalb der Wellenlängenbereich in der Praxis kaum eine Rolle spielt. Zudem liegt die maximale spektrale Empfindlichkeit der zum Empfang verwendeten Silizium-Photodioden ebenfalls am langwelligen Ende des Lichtspektrums.

Die Koppelung von Leuchtdioden mit Standardpolymerfasern, d. h. POF mit 1 mm Kern- und 2,2 mm Außendurchmesser kann beispielsweise durch eine an die LED angeformte Hülse mitsamt Linse erfolgen, vor welcher das polierte oder auch lediglich abgeschnittene Faserende fixiert wird. Darüber hinaus existieren auch Stecksysteme für die wiederholte Benutzung, die beispielsweise bei der digitalen Audiosignalübertragung zum Einsatz kommen (siehe auch: Toslink). Bei dünneren, weniger dispersen Gradientenindexfasern werden auch Laserdioden als Sender verwendet.

Ehemalige Produkte

GRINIFIL war der geschützte Markenname einer Gruppe von Lichtwellenleitern, die in der DDR Plastlichtleiter genannt wurden.

Literatur

  • Ahlers, Ernst: Netz aus Licht - Heimvernetzung mit lichtleitenden Plastikfasern. c't 3/07.
  • Möllers, I.; Jäger, D.; Gaudino, R.; Nocivelli, A.; Kragl, H.; Ziemann, O.; Weber, N.; Koonen, T.; Lezzi, C.; Bluschke, A.; Randel, S.: Plastic Optical Fiber Technology for Reliable Home Networking – Overview and Results of the EU Project POF-ALL. IEEE Communications Magazine, Optical Communications Series, Vol.47, No.8, pp.58-68, August 2009.
  • Ziemann, O.; Krauser, J.; Zamzow, P.E.; Daum, W.: POF-Handbuch - Optische Kurzstrecken-Übertragungssysteme. 2. Auflage, Springer-Verlag, 2007, ISBN 978-3-540-49093-7.

Weblinks

Einzelnachweise

  1. ↑ Present State-of-the-art of Plastic Optical Fiber (POF) Components and Systems. White Paper der Plastic Optical Fiber Trade Organization 2004, S. 4 (PDF, typ. Transmissionsspektrum).
  2. ↑ H. Yang, S. C. J. Lee, C. M. Okonkwo, S. T. Abraha, H. P. A. van den Boom, F. Breyer, S. Randel, A. M. J. Koonen, E. Tangdiongga: Record high-speed short-range transmission over 1 mm core diameter POF employing DMT modulation. In: Optics Letters. Band 35, Nr. 5, 2010, S. 730–732, doi:10.1364/OL.35.000730.
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