Leuchtsignale im Kabel
Ohne Licht gäbe es kein Leben. Aber wusstet ihr auch, dass
wir mit Licht telefonieren oder E-Mails verschicken? Lichtsignale
tragen unsere Botschaften durchs Kabelnetz.
Ein Telefonkabel kennt jeder. Aber
hast du dir schon einmal überlegt,
wie durch so ein Kabel Informationen
bis ans andere Ende der
Welt gelangen – wie wir damit
telefonieren, E-Mails verschicken
oder sogar Bilder und Filme? Moderne
Telefonkabel bestehen aus
vielen hundert haarfeinen, durchsichtigen
Glasfasern, sogenannten
Lichtleitern, die Lichtimpulse übertragen.
In diesen Impulsen stecken Informationen, die man wie
eine Geheimsprache entschlüsseln
kann.
Beispiel: Du willst einem
Freund eine Zeichnung schicken.
Dazu muss sie dein Computer zuerst
in seine Sprache übersetzen.
Das nennt man digitalisieren. Dazu
legst du die Zeichnung auf einen
Scanner. Der unterteilt die Zeichnung
in ganz viele winzige Felder.
Liegt ein Strich der Zeichnung auf
einem solchen Feld, merkt sich der Computer eine Eins, für jede weiße
Fläche eine Null. So entsteht
ein langer Code aus Nullen und
Einsen.
Mit Licht Botschaften schicken
Dieser Code lässt sich mit Licht
verschicken – über Glasfaserkabel.
Am Ende jeder Glasfaser sitzt
eine Leucht- oder Laserdiode, die
Lichtsignale sendet. Bei einer Eins
leuchtet sie, bei einer Null bleibt
sie dunkel. Diese Lichtimpulse
wandern durchs Glasfaserkabel zu
einem Gerät auf der anderen Seite.
Der Empfänger übersetzt die Lichtsignale
wieder in den Code aus
Nullen und Einsen und gibt alles an
den Computer weiter. Weil der diese
Sprache versteht, kann er sie zurückübersetzen
und die Zeichnung
exakt darstellen. Einen Moment
später erscheint sie auf dem Bildschirm
deines Freundes – egal ob
er eine Straße weiter wohnt, in einer
anderen Stadt oder einem weit
entfernten Land.
Wie funktioniert das?
Dass das so fix geht, liegt an der
unfassbar hohen Geschwindigkeit
des Lichts. Im luftleeren Raum rast
es in einer Sekunde siebeneinhalbmal
um die Erde, 300 000 Kilometer
weit. Lichtgeschwindigkeit nennt man das. In einem Glasfaserkabel
kommt das Licht langsamer
voran, ist aber mit 210 000 Kilometern
pro Sekunde immer noch
extrem schnell. Das hängt mit dem
Material zusammen: Glasfasern
bestehen aus besonders durchsichtigem,
hochreinem Glas, das wenig
Licht schluckt. Nach rund 30 Kilometern
muss das Signal allerdings
verstärkt werden.
Wie telefoniert man mit
Licht?
Wenn wir sprechen, bringen
wir Luft zum Schwingen. Es
entstehen Schallwellen. Ein Mikrofon
wandelt diese Schallwellen
in elektrische Wellen um. Und die
lassen sich ebenfalls digitalisieren.
Das funktioniert wie bei der Zeichnung,
nur mit einem anderen Gerät.
Am Ende der Leitung werden
sie wieder in elektrische Signale
und Schallwellen umgewandelt.
Davon bekommen wir nichts mit.
Wir hören nur die vertraute Stimme
am Hörer. Oder auch Musik:
Hochwertige CD- oder DVD-Player
senden ihre Tonsignale über Lichtwellenleiter
zum Verstärker, der sie
wieder in elektrische Wellen umwandelt,
die ein Lautsprecher hörbar
macht.
Übrigens werden Lichtwellenleiter
nicht nur zum Übertragen von Daten
und Sprache verwendet. Ärzte
nutzen Lichtleiter zum Beispiel wegen
ihrer geringen Größe, um Bilder
vom Inneren des Körpers zu
machen oder zum Operieren. So
müssen sie ihren Patienten nicht
unnötig den Bauch aufschneiden.
Experiment: Licht ausgießen
Für mehr Informationen und eine größere Ansicht bitte auf die Bilder klicken!
Warum funktioniert das?
Wasser leitet das Licht. Im Prinzip
geschieht mit den Lichtstrahlen aus
der Taschenlampe im Wasserstrahl
das Gleiche wie in einem Glasfaserkabel:
An den Wänden des Wasserstrahls
reflektieren die eintreffenden
Lichtwellen und wandern immer
weiter vorwärts. Dieser Vorgang
wiederholt sich so lange, wie der
Wasserstrahl seine Form behält. Die
Lichtleitung funktioniert sogar dann
noch, wenn das Wasser einen Bogen
macht. Wo der Wasserstrahl auf dem
Waschbecken auftrifft, wird das Licht
als heller Fleck sichtbar.