Faseroptik
Faseroptik, auch buchstabiert Faseroptik, die Wissenschaft der Übertragung von Daten, Sprache und Bildern durch den Durchgang von Licht durch dünne, transparente Fasern. In der Telekommunikation hat die Glasfasertechnologie den Kupferdraht in Ferntelefonleitungen praktisch ersetzt und wird zur Verbindung von Computern in lokalen Netzwerken verwendet. Die Faseroptik ist auch die Grundlage der Fiberskope, die bei der Untersuchung von Körperinnenteilen (Endoskopie) oder der Inspektion des Innenraums von hergestellten Strukturprodukten verwendet werden.
Das Grundmedium der Faseroptik ist eine haardünne Faser, die manchmal aus Kunststoff, aber meistens aus Glas besteht. Eine typische Glasfaser hat einen Durchmesser von 125 Mikrometern (µm) oder 0,125 mm (0,005 Zoll). Dies ist tatsächlich der Durchmesser der Umhüllung oder der äußeren reflektierenden Schicht. Der Kern bzw. der innere Sendezylinder kann einen Durchmesser von bis zu 10 µm aufweisen. Durch einen Prozess, der als interne Totalreflexion bekannt ist, können sich in die Faser eingestrahlte Lichtstrahlen innerhalb des Kerns über große Entfernungen mit bemerkenswert geringer Dämpfung oder Verringerung der Intensität ausbreiten. Der Grad der Dämpfung über die Entfernung variiert je nach Wellenlänge des Lichts und der Zusammensetzung der Faser.
Als in den frühen 1950er Jahren Glasfasern im Core/Cladding-Design eingeführt wurden, beschränkte das Vorhandensein von Verunreinigungen ihre Verwendung auf die für die Endoskopie ausreichenden kurzen Längen. Im Jahr 1966 schlugen die in England arbeitenden Elektroingenieure Charles Kao und George Hockham vor, Fasern für die Telekommunikation zu verwenden, und innerhalb von zwei Jahrzehnten wurden Quarzglasfasern mit ausreichender Reinheit hergestellt, so dass Infrarotlichtsignale 100 km (60 Meilen) oder mehr durch sie hindurchtreten konnten, ohne von Repeatern verstärkt werden zu müssen. 2009 erhielt Kao für seine Arbeit den Nobelpreis für Physik. Kunststofffasern, die normalerweise aus Polymethylmethacrylat, Polystyrol oder Polycarbonat bestehen, sind billiger herzustellen und flexibler als Glasfasern, aber ihre größere Lichtdämpfung beschränkt ihre Verwendung auf viel kürzere Verbindungen innerhalb von Gebäuden oder Automobilen.
Optische Telekommunikation wird üblicherweise mit Infrarotlicht im Wellenlängenbereich von 0,8–0,9 µm oder 1,3–1,6 µm durchgeführt — Wellenlängen, die effizient von Leuchtdioden oder Halbleiterlasern erzeugt werden und die in Glasfasern am wenigsten gedämpft sind. Die faseroptische Inspektion in der Endoskopie oder Industrie wird in den sichtbaren Wellenlängen durchgeführt, wobei ein Faserbündel zur Beleuchtung des untersuchten Bereichs mit Licht und ein anderes Bündel als längliche Linse zur Übertragung des Bildes an das menschliche Auge oder eine Videokamera dient.
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