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TECHNIK Licht um die Ecke

Was bisher durch dicke Kupferkabel läuft, soll künftig von haarfeinen Glasfasern übermittelt werden: Telephongespräche und Fernsehbilders Computerdaten und Steuerkommandos in Raketensilos.
aus DER SPIEGEL 24/1979

Über eine Telegraphenleitung zwischen Magdeburg und Berlin ließ 1877 Generalpostmeister Heinrich von Stephan das erste deutsche Telephon erproben. In Magdeburg blies ein Trompeter ein Posthorn -- in Berlin, staunend, hörte man ihn.

Wiederum in Berlin suchten jetzt Techniker der Bundespost »den Einstieg in eine völlig neue Dimension des Fernmeldewesens« (so das Gscheidle-Ministerium): Neuartige Lichtleit-Kabel, verlegt in einem 4,3 Kilometer langen Kabelschacht des Stadtteils Wilmersdorf, wurden zum ersten Mal im öffentlichen Netz erprobt. Eine zweite Anlage über eine Teststrecke von 15,4 Kilometern ist seit kurzem zwischen Frankfurt-Ginnheim und Oberursel in Betrieb.

Da liegen sie nun nebeneinander unter der Erde: armdicke herkömmliche Kupferkabel, die Telephongespräche mittels elektromagnetischer Schwingungen übertragen -- und haarfeine Glasfasern, mitsamt ihrer Ummantelung gerade bleistiftdick, die das gesprochene Wort in Form von Lichtimpulsen transportieren.

480 Gespräche gleichzeitig bewältigt jedes der drei Faserpaare, die in der neuartigen Licht-Leitung gebündelt sind.

Der Post, die im Telephongeschäft Milliardengewinne macht, könnten die Lichtleit-Fasern aus einem Engpaß helfen: Schon jetzt sind die Telephonnetze häufig überlastet, die Kabelschächte aber vielerorts vollgepfropft. Um die neue Technologie unter wirklichkeitsgetreuen Bedingungen zu erproben, wählten die Postler die Teststrecke zwischen den Wilmersdorfer Ortsvermittlungsstellen 821/Aßmannshauser Straße und 861/Uhlandstraße -- dieser Abschnitt birgt so ziemlich alle posttechnischen Tücken.

Die Schächte dort sind voller Sickernässe und derart verwinkelt, daß die Leitungen hart auf Isolations-, Biege- und Knickfestigkeit geprüft werden. Straßenverkehr, U- und S-Bahn erschüttern den Boden.

Gleichwohl traten gleich vier Unternehmen -- Siemens, AEG-Telefunken, ITT-SEL und seit vergangenem November auch Philips/TE KA DE -- in Wettbewerb. Die Erfahrungen mit den Faserleitungen und den Anschlüssen an das herkömmliche Netz waren so ermutigend, daß die Post bereits im Februar die viermal so lange Lichtleit-Verbindung in Frankfurt in Betrieb nahm. Verlegt wurde dort ein schon in größeren Serien gefertigtes Faserkabel von Siecor, einer Tochterfirma des deutschen Elektrokonzerns Siemens und des amerikanischen Glasfaser-Pioniers Corning Glass Works.

Die Bundesrepublik hält damit Anschluß an eine Technologie, die vor allem in England erprobt worden ist und neuerdings in Japan und den USA rasch weiterentwickelt wird.

Lichtleitungen sind mittlerweile in Amerikas Utopie-Land Disney World, auf dem Weltraumbahnhof Cape Canaveral und in 14 japanischen Kabel-TV-Systemen installiert. Die britische Post kündigte vor kurzem an, sie werde fünf Millionen Pfund aufwenden, um 450 Kilometer gläserner Telephonstrippen zu ziehen; die Canada Wire & Cahie Ltd. erteilte gar bei Corning eine Option auf 20000 Kilometer Fasern, die auch nach dem Bündeln zu Kabeln eine ziemlich lange Leitung ergäben.

Daten, Ton und Fernsehbilder von den Olympischen Winterspielen 1980 in Lake Placid werden zuerst über einen Verbund von Faserkabeln laufen, den die Beil Laboratories im kommenden September zwischen dem kleinen Ort, der Eis-Arena und dem Kommunikationszentrum einrichten sollen. lind schon seit längerem nutzen die Militärs eine Vielzahl faseroptischer Spezialsysteme.

Offenbar steht der kommerzielle Durchbruch und Routine-Einsatz der neuen Technik bevor. Rund 400 Firmen und Organisationen in Europa, Nordamerika und Japan, berichtete jüngst der britische Fachingenieur Mike Brookfield im Wissenschaftsblatt »New Scientist«, sind bereits an Forschung und Entwicklung auf diesem Gebiet beteiligt.

Den Übergang vom Laborbetrieb zur Praxis signalisieren auch drastisch fallende Preise: Noch 1974 kostete ein Meter Glasfaser damals höchster Qualität mehr als 60 Dollar; inzwischen liefert Marktführer Corning Fasern mit weit besseren optischen Eigenschaften an Großabnehmer für 30 Cent pro Meter.

Weltweit wurden faseroptische Produkte 1978 erst für 60 Millionen Mark umgesetzt. Aber nach Schätzung des amerikanischen Marktforschungsunternehmens Creative Strategies International werden schon 1983 Glasfaser-Kabel sowie optische Sender und Empfänger im Wert von einer Milliarde Mark gehandelt werden.

Die Entwicklung verlief stürmisch. »In weniger als zehn Jahren«, erläutert Dr. Hubert Aulich von den Siemens-Forschungslaboratorien in München, seien »alle wichtigen Komponenten« der faseroptischen Nachrichtenübermittlung »zu technischer Reife gebracht worden«. Dabei schien die neuartige Technologie anfangs nur für kuriose oder hochspezielle Anwendungen zu taugen.

Der britische Forscher Professor Harold Hopkins und sein holländischer Kollege Abraham C. S. van Heel erprobten als erste Anfang der fünfziger Jahre gebündelte Glasfasern zur Licht- und Bildübertragung. Sie machten sich die seit dem Altertum bekannte Erscheinung zunutze, daß Licht total reflektiert wird, wenn es in genügend flachem Winkel auf eine glatte Fläche fällt.

Die Grenzschicht von Luft und Wasser eines Sees spiegelt so Ufer und Himmel. Ein Lichtstrahl in einer Faser allerdings kann an der Glasoberfläche fortlaufend reflektiert und auf diese Weise immer weiter -- auch in Kurven -- geleitet werden.

Alsbald kamen die schrecklichen Lampen mit auffächernden Faserschweifen in Mode. Die Mediziner immerhin konnten mit Lichtleit-Sonden Körperräume und Organe erkunden, die sonst allenfalls durch Operation zugänglich waren; in solchen biegsamen, nur wenige Millimeter starken Endoskopen übertragen gewöhnlich 40 000 geordnet gebündelte ("kohärente") Fasern Bildpunkt für Bildpunkt.

Faserkabel zur Informationsleitung schlugen dann 1965 Charles Kao und George Hockam von den britischen Standard Telephone Laboratories vor. Den Corning Glass Works schließlich gelang es 1970, 50 hochreine und schlierenfreie Glasfasern zu ziehen, daß damit längere Strecken zu überbrücken waren.

Parallel dazu ging die Entwicklung von geeigneten Sende- und Empfangs-Systemen: Beim faseroptischen Telephonsystem verwandelt eine Leuchtdiode oder ein Lasergerät die elektromagnetischen Schwingungen aus dem Mikrophon in entsprechende Lichtimpulse. Am anderen Ende der Leitung kehrt eine Photodiode den Vorgang um.

Licht ist dabei weitaus leistungsfähiger als Strom. So erfordert ein Koaxialkabel, das beispielsweise 480 Telephongespräche gleichzeitig übermittelt, Verstärker im Abstand von jeweils vier Kilometern. Fasersysteme hingegen kommen mit Zwischenverstärkern im Abstand von zehn Kilometern aus.

Japanische Forscher erproben derzeit superreine Fasern, die Lichtimpulse hinreichend deutlich sogar 50 Kilometer weit leiten. Wäre Wasser so klar, könnte man von der Meeresoberfläche die tiefsten Ozeangründe sehen.

Lichtleit-Kabel sind gefeit gegen elektromagnetische Störfelder und Kurzschlüsse, gegen das sogenannte Übersprechen (das bei kupfernen Telephonkabeln mitunter fremde Gespräche mithören läßt) und unbemerktes Anzapfen der Leitung. Als erste suchten denn auch die Militärs solche Vorteile zu nutzen.

Vor allem Amerikas Land-, Luft- und Seestreitkräfte erproben die Fasertechnologie seit einem Jahrzehnt. Der Luftfahrt- und Rüstungskonzern Boeing etwa fertigte solche Leitungen für die Silos von Minuteman-Raketen und die Steuersysteme von Kampfflugzeugen. Die Marine installierte ein faseroptisches Telephonnetz an Bord des Kreuzers »Little Rock« und ein Fernsehnetz auf dem Flugzeugträger »Kitty Hawk«.

Die Armee erprobt Nachrichtenleitungen, die auch von den Blitzen ferner Atomschläge nicht gestört werden. Die Waffenlaboratorien der U.S. Air Force in Kirtland (New Mexico) wollen nächstes Jahr Corning-Fasern sogar in den Weltraum verfrachten -- die Militärs hoffen, das durchsichtige Gespinst werde besser als herkömmliche Leitungssysteme in Raketen und Satelliten der kosmischen Strahlung standhalten.

Für breiteren zivilen Einsatz, insbesondere in Telephon- und Kabel-TV-Systemen, mangelte es bislang noch an technischer Erfahrung und am Nachweis der Wirtschaftlichkeit. Das könnte sich nun rasch ändern.

Das Verlegen von Faserkabeln ist mittlerweile problemlos; selbst die Verbindung der feinen Glasfäden gelingt Monteuren im Routineeinsatz -- mit Lichtbogen-Schweißgeräten im Format einer Zigarrenkiste. Und die Haltbarkeit der lichteinspeisenden Laser konnte in den letzten Jahren beträchtlich gesteigert werden: Mehr als ein Jahr Dauerbetrieb gilt jetzt als Norm.

Die britische Post, beim Telephon-Service im Acht-Millionen-Großraum London und bei den Verbindungen zum Kontinent besonders beansprucht, leistete Pionierarbeit. Bereits vor zwei Jahren legte sie, nach Erprobung kürzerer Versuchsstrecken, von ihrem Forschungszentrum Martlesham ein 13 Kilometer langes Faserkabel bis Ipswich.

Ähnliche Demonstrationsanlagen sind nun auch in mehreren amerikanischen Bundesstaaten sowie in Japan in Betrieb, Bau oder Planung. Die Kanadier schließlich wollen die Wetterfestigkeit der Fasertechnik erweisen; in der rauhen Westprovinz Alberta wird von November an auf 52 Kilometern zwischen Cheadle und Calgary ein gläsernes Telephonkabel teils in Gräben und Schächten, teils als Freileitung, verlegt.

Die Lichtleit-Spezialisten ersinnen zudem ständig neue Anwendungen, für die Kupferleitungen kaum taugen.

So sind Faserkabel zur Überwachung von Atomreaktoren vorteilhafter oder dort, wo durch Schaltfunken Explosionsgefahr droht. Und allein Glasfibern werden künftig wohl noch die anschwellenden Datenströme zwischen Zentralrechnern und Außenstationen der Computer-Netze bewältigen.

Einen ersten Klub von »audiovisuellen« Nutznießern der neuen Technik gibt es -- mit 160 Teilnehmern -- in Japan. Sie bekommen TV-Aufzeichnungen und lokale Programme sowie die täglichen Markt- und Wetterlagen per Licht-Kabel ins Haus.

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