Polymere optische Faser

Polymere Seitenlichtfasern

Polymere optische Fasern (kurz POF, englisch für {{Modul:Vorlage:lang}} Modul:Multilingual:149: attempt to index field 'data' (a nil value) oder auch {{Modul:Vorlage:lang}} Modul:Multilingual:149: attempt to index field 'data' (a nil value)) 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 einfachen Konfektionierung als Alternative zur ansonsten meistverwendeten Glasfaser.

Einordnung

Man unterscheidet bei Lichtwellenleitern folgende Typen:

• Quarz/Quarz-Faser-Kabel (englisch Silica-Silica-Fiber)
• PCS-Kabel auch (HCS, PCF) (Plastic Cladding Silica Fiber), dieses besteht aus einer Kombination von Kernglas (dotiertes, undotiertes Glas) und einem Plastikmantel
• APF-Kabel (All Plastic Fiber), die optische Polymerfaser (POF).

Es werden folgende POF-Kabel unterschieden:

• „einadrig“
  • Stufenindex (SIF)(SI-POF)
  • Gradientenindex (GI-POF)
  • Multi Step Index (MSI-POF)
• „mehradrig“
  • Multicore POF (MC-POF)
  • Aufbau wie Zwillingslitze

Aufbau

Digitalmikroskop zur Überprüfung von Lichtwellenleiterfasern am POF Application Center der TH Nürnberg

Eine Standard-Polymerfaser ist 1 mm dick und besteht aus einem 0,98 mm dicken Kern aus Polymethylmethacrylat (PMMA), auch Polycarbonat (PC) oder Polystyrol (PS), sowie einem dünnen Mantel (fluoriertem Acrylat oder Fluorpolymer). 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 mm 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 meistens 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

Drehgeber mit Lichtwellenleiter zur rotativen Datenübertragung - Entwicklung am POF der TH Nürnberg

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. 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 (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.

Für POF-Kabel gibt es TOSLINK- und spezielle HFBR- und OVK-Stecker,^[3] auch SMA-, F-SMA-, EM-RJ- und der ST-Stecker sowie POF Verbinder, steckerlos und FO5-, FO7-Stecker, sind auch erhältlich.

Ehemalige Produkte

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

Literatur

• Ernst Ahlers: Netz aus Licht – Heimvernetzung mit lichtleitenden Plastikfasern. In: c't. 3/07.
• I. Möllers, D. Jäger, R. Gaudino, A. Nocivelli, H. Kragl, O. Ziemann, N. Weber, T. Koonen, C. Lezzi, A. Bluschke,S. Randel: Plastic Optical Fiber Technology for Reliable Home Networking – Overview and Results of the EU Project POF-ALL. In: IEEE Communications Magazine. Optical Communications Series, Vol.47, No.8, S. 58-68, August 2009, doi:10.1109/MCOM.2009.5181893.
• Olaf Ziemann, Jürgen Krauser, Peter E. Zamzow, Werner Daum: POF-Handbuch – Optische Kurzstrecken-Übertragungssysteme. 2. Auflage, Springer-Verlag, 2007, ISBN 978-3-540-49093-7.
• Olaf Ziemann, Jürgen Krauser, Peter E. Zamzow, Werner Daum: POF – Optische Polymerfasern für die Datenkommunikation. Springer, 2001, ISBN 978-3-662-09385-6.
• S.C.J. Lee: Discrete multitone modulation for short-range optical communications. Dissertation, Technische Universiteit Eindhoven, 2009, online (PDF; 12,51 MB), ISBN 978-90-386-2115-9, doi:10.6100/IR656509.

Weblinks

• Polymerfaser auf itwissen.info, abgerufen am 3. März 2017.
• Fasertypen, Parameter, Anwendungen (PDF; 113 kB), auf net-im-web.de, abgerufen am 3. März 2017.
• Polymer Optical Fiber Trade Organization
• Konzeption eines POF-WDM-Datenübertragungssystems
• POF-LAB NEMO-Netzwerk für Polymerfaser-Anwendungen
• Polymerfaser-Anwendungszentrum (POF-AC) an der FH Nürnberg

Einzelnachweise