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Licht im Glas: Signale ohne Elektronen

Ein Glasfaserkabel überträgt Bits als Lichtblitze, die im Inneren des Glases immer wieder reflektiert werden, statt herauszutreten.

13 Min. · 42 XP

Ein Glasfaserkabel ist ein dünner Strang aus Glas. Statt Elektronen vor sich herzuschieben, schickst du Lichtimpulse hindurch. Das Licht bleibt drinnen – dank eines Tricks: Trifft Licht unter einem flachen genug Winkel auf die Grenze von Glas zu Luft, kann es nicht hinaus und wird zurückgeworfen.

Die Regel dreht sich um Winkel, gemessen von der Linie senkrecht zur Oberfläche. Trifft das Licht unter einem flachen Winkel auf die Grenze, wird es gebrochen und entkommt. Trifft es unter einem steilen Winkel auf, kann es gar nicht entkommen und wird nach innen zurückgeworfen. Das ist die Totalreflexion, und sie ist die ganze Grundlage der Faseroptik.

# Zwei Tatsachen über Licht an einer Grenzfläche: # # Licht tritt aus Glas in Luft aus # - flacher Winkel -> das Licht wird gebrochen und tritt aus # - steiler Winkel -> das Licht kann nicht austreten, es wird zurückgeworfen (Totalreflexion) # # der Winkel wird von der Senkrechten zur Fläche aus gemessen # In einer Faser trifft das Licht immer flach genug auf die Wand, # darum wird es bei jedem Auftreffen zurückgeworfen, statt herauszutreten.

Eine Faser hat zwei Schichten: einen Kern und einen Mantel darum, aus Glas mit etwas anderen Eigenschaften. Das Licht wird unter einem flachen Winkel in den Kern geschickt, sodass es bei jedem Auftreffen auf die Mantelwand zurückgeworfen wird, statt zu entweichen. Kilometer um Kilometer Glas – und das Licht verlässt den Kern nie.

Laser or LEDGlass coreCladding wallDetectorlight enters the end of the fibreshallow hit on the wallreflected back insideshallow hit againreflected againlight arrives, still carrying the bitskilometres of glass, the light never left the core

Praxis

  1. Bringe den Weg eines Lichtimpulses durch ein Glasfaserkabel in die richtige Reihenfolge.

    Hinweise
    • Das Licht startet außen und kommt innen in der Faser an.
    • Mantel und Kern bestehen absichtlich aus unterschiedlichem Glas.

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  2. Warum kann ein Glasfaserkabel ein Signal übertragen, ohne dass ein Strom im Glas fließt?

    Hinweise
    • Glas ist ein Isolator: Es gibt keine freien Elektronen zum Herumschieben, also fließt kein Strom.
    • Licht ist eine Welle, und zwei Lichtwellen, die sich kreuzen, schieben sich nicht gegenseitig zur Seite.

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  3. Ordne jedem Material zu, wie es ein Signal überträgt.

    Hinweise
    • Das eine Material trägt ein Signal als bewegte Ladung, das andere als Welle.
    • Die Totalreflexion ist der Trick, der das Licht in der Faser hält.

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