Glasfaser: Daten mit Licht übertragen
In Glasfasern laufen Lichtsignale über weite Strecken. Du erklärst, warum das Licht nicht hinauskommt, und stellst die Technik für andere verständlich vor.
Das lernst du heute
- Ich kann erklären, wie ein Lichtleiter funktioniert.
- Ich kann den Grenzwinkel und Laufzeiten einordnen.
- Ich kann die Bedeutung von Glasfasern adressatengerecht präsentieren.
Das brauchst du schon: Vielleicht hilft dir zuerst eine dieser Lektionen: Totalreflexion: Wenn Licht nicht hinauskommt, Lichtleiter: Glasfaser und Endoskop
Eine Glasfaser ist ein dünner Faden aus Glas, dünn wie ein Haar. Im Inneren liegt der Kern, außen der Mantel. Der Kern bricht Licht stärker als der Mantel. Trifft ein Lichtstrahl flach auf die Grenze, wird er total reflektiert und bleibt im Kern. So läuft das Licht durch die Faser, auch um Kurven. Totalreflexion gibt es nur, wenn der Winkel zum Lot größer ist als der Grenzwinkel. Für Glas gegen Luft liegt der Grenzwinkel bei etwa 42°. Zwischen Kern und Mantel ist er größer, weil sich die beiden Glassorten nur wenig unterscheiden. Zur Übertragung schaltet ein Sender das Licht sehr schnell an und aus. Das ergibt Bits: Licht an heißt 1, Licht aus heißt 0. In der Faser läuft das Licht mit etwa 200 000 km/s. Das ist etwa zwei Drittel der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum. Glasfasern haben Vorteile: Das Signal verliert wenig Stärke, die Datenrate ist hoch, und elektrische Störungen wirken nicht. Für lange Strecken, auch unter dem Meer, sind sie wichtig. Wenn du die Technik jemandem erklärst, passe die Sprache an: Für Kinder mit einem Bild, für Fachleute mit Zahlen.
| Merkmal | Kupferkabel | Glasfaser |
|---|---|---|
| Signal | elektrisch | Licht |
| Störungen durch andere Geräte | möglich | nicht möglich |
| Dämpfung auf langen Strecken | stärker | gering |
| Datenrate | begrenzt | sehr hoch |
Laufzeit in der Faser
- Gegeben: Strecke 2000 km, Lichtgeschwindigkeit in der Faser 200 000 km/s.
- Zeit = 2000 : 200 000 s = 0,01 s.
- In Millisekunden: 0,01 s = 10 ms.
- Zum Vergleich: Im Vakuum wären es etwa 6,7 ms.
- Ergebnis: Die Reise durch die Faser ist schnell, aber nicht unendlich schnell.
Ich verstehe das noch nicht
Such dir aus, was dir hilft.
Noch einfacher erklärt
Das Licht prallt an der Wand der Faser ab.
Es bleibt im Glas.
So kommt es am anderen Ende an.
Ein Beispiel
Wirf einen Ball in einen langen Flur. Er prallt von Wand zu Wand und kommt am Ende an. So läuft das Licht in der Faser.
Schritt für Schritt
Du erklärst die Glasfaser in vier Schritten.
- Zeige Kern und Mantel.
- Erkläre die Totalreflexion an der Grenze.
- Erkläre Licht an und aus als 1 und 0.
- Nenne zwei Vorteile.
Mit einem Bild erklärt
| Teil | Aufgabe |
|---|---|
| Kern | führt das Licht |
| Mantel | an seiner Grenze wird das Licht in den Kern zurückgeworfen |
| Sender | schaltet Licht an und aus |
| Empfänger | macht aus Licht wieder Bits |
Zur Grundlage zurück
- Totalreflexion: Wenn Licht nicht hinauskommt – Du kennst die Totalreflexion.
- Lichtleiter: Glasfaser und Endoskop – Du kennst Lichtleiter.
Jetzt zusammen
Wir lösen die Aufgabe gemeinsam. Nutze die Hilfen, wenn du sie brauchst.
Ein Lichtsignal läuft 2000 km durch eine Faser mit 200 000 km/s. Wie viele Millisekunden dauert das?
Zeig mir den ersten Schritt
Rechne 2000 : 200 000 in Sekunden und dann mal 1000.
Lösung ansehen
Lösung: 10
2000 : 200 000 = 0,01 s = 10 ms.
Jetzt du
Jetzt probierst du es allein.
Zeig mir den ersten Schritt
Was passiert mit dem Strahl an der Grenze?
Lösung ansehen
Lösung: Das Licht bleibt im Kern.
Tipp: Skizziere die Faser mit Kern und Mantel und zeichne den Strahl im Zickzack. Das Bild hilft beim Erklären.
Merksatz: Glasfaser: Kern und Mantel, Totalreflexion, Licht an/aus als Bits, wenig Dämpfung, hohe Datenrate. Grenzwinkel Glas–Luft etwa 42°.
Typischer Fehler: Viele denken, Licht in der Faser laufe geradeaus durch. Es wird immer wieder reflektiert. Auch in Kurven bleibt es im Kern, solange die Kurve nicht zu eng ist.
Mini-Quiz
4 kurze Fragen, ohne Noten. Bei jeder Frage kannst du dir die Lösung ansehen.
Lösung ansehen
Lösung: Licht an heißt 1, Licht aus heißt 0.
Lösung ansehen
Lösung: Stimmt nicht
Lösung ansehen
Lösung: Für den Grenzwinkel der Totalreflexion
Lösung ansehen
Lösung: Mit einem Bild vom Ball im Flur.
Geschafft
Glasfasern übertragen Daten als Lichtsignale. Totalreflexion hält das Licht im Kern. Die Technik ist störungsfrei und schnell.
Kannst du das schon?
Hake ab, was du schon kannst. Was noch fehlt, schaust du dir einfach noch einmal an.
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