Lichtleiter

Lichtleiter (Bild 1) sind spezielle Kabel aus durchsichtigen, optisch relativ dichten Materialien, die das Licht unter Ausnutzung der Totalreflexion weiterleiten. Die bekannteste Form der Lichtleiter sind Glasfasern, bei denen als lichtleitender Stoff Glas verwendet wird. Genutzt werden können auch spezielle Kunststoffe.

Aufbau und Wirkungsweise
Bei Lichtleitern wird der physikalische Effekt der Totalreflexion genutzt. Wir betrachten als Beispiel ein Glasfaserkabel, das allgemein auch als Lichtleitkabel oder als Lichtwellenleiter bezeichnet wird.

Die einzelne Glasfaser besteht aus einem Glasfaserkern und einem Glasfasermantel (Bild 2) mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften. Das Material des Mantels ist optisch dünner als das des Kerns. Damit tritt an der Grenzfläche Kern-Mantel Totalreflexion auf, wenn der Einfallswinkel größer als der Grenzwinkel der Totalreflexion ist. Damit bleibt das Licht im Kabel "gefangen".

Hochwertige Glasfaserkabel besitzen eine sehr große optische Dichte im Kern. Aus diesem Grund ist bei ihnen der Grenzwinkel der Totalreflexion auch recht klein. Da der Einfallswinkel im Kabel von der Krümmung des Lichtleiters abhängt, darf man diese hochwertigen Lichtleiter auch stark verbiegen, ohne dass Licht austritt, was für die bautechnische Verlegung des Materials von großer Bedeutung ist. Knicken sollte man Lichtleiter nicht.

Die einzelnen Glasfasern haben Durchmesser von 0,005 mm bis
0,5 mm. Glasfaserkabel bestehen aus Tausenden dieser einzelnen Glasfasern (Bild 3). Sie werden gebündelt und mit einer Isolierschicht versehen.

Bei der Totalreflexion geht fast keine Lichtenergie verloren. Natürlich findet aber im Lichtleiter eine ständige Umwandlung von Lichtenergie in andere Energieformen statt. Die Lichtintensität nimmt beim Durchgang durch das Kabel ab. Bei der lichttechnischen Nachrichtenübertragung ist dieser Umstand von großer Bedeutung.

Relativ geringen Ansprüchen an die optische Güte müssen einfache Lichtleiter genügen. Sie dienen lediglich dem Transport von Lichtenergie und werden als Glasfaserleuchten, beispielsweise in Großraumbüros, genutzt. An Glasfaserleuchten kann man eindrucksvoll beobachten, dass das Licht sie fast ausschließlich an den Enden verlässt (siehe Bild 1).

Nutzung von Lichtleitern für die Nachrichtenübertragung
Mithilfe von Lichtleitern kann nicht nur Licht übertragen werden. Mithilfe von Licht ist es auch möglich, Telefongespräche, Computerdaten, Fernsehbilder oder Rundfunkprogramme zu übertragen. Die Nachrichtenübertragung oder Informationsübertragung erfolgt mithilfe von Licht.

Dazu werden elektrische Signale, z.B. von Computern, Fernsehkameras oder Mikrofonen, in Lichtschwankungen bzw. Lichtimpulse umgewandelt. Das geschieht in elektrooptischen Wandlern. Diese Impulse werden auf das Lichtleitkabel übertragen, wobei der Einfallswinkel größer als der Grenzwinkel der Totalreflexion ist. Damit wird das Licht vielfach an der Grenzfläche zwischen Kern und Mantel reflektiert und gelangt schließlich an das andere Ende des Kabels. Bei längeren Strecken werden in größeren Abständen Lichtverstärker eingebaut, um die Umwandlung von Lichtenergie in andere Energieformen auszugleichen. Das Licht gelangt anschließend in einen optoelektrischen Wandler, in dem die Lichtimpulse wieder in elektrische Signale umgewandelt werden.