Warum werden Fasern aus Glas hergestellt?
Optische Fasern werden aufgrund ihrer herausragenden optischen Eigenschaften wie hoher Klarheit und geringer Dämpfung aus Glas gefertigt. Glasfasern ermöglichen eine zuverlässige und effiziente Lichtübertragung, die für anspruchsvolle Anwendungen in Bereichen wie Medizin, Industrie, Luftfahrt, Automotive und Verteidigung unverzichtbar ist. Darüber hinaus zeichnet sich Glas durch hervorragende mechanische, thermische und chemische Eigenschaften aus, wodurch es besonders für den Einsatz in rauen Umgebungen geeignet ist.
Glasfasern vs. Polymerfasern
Beide Materialien haben ihre spezifischen Einsatzbereiche, doch Glasfasern sind bei anspruchsvollen Anwendungen klar im Vorteil. Sie bieten eine geringere Dämpfung und eine deutlich bessere Beständigkeit gegenüber Umwelteinflüssen als Polymerfasern.
1. Überragende Lichtleistung
Optische Glasfasern, die sowohl für flexible als auch starre Lichtleiter verwendet werden, zeichnen sich durch eine sehr hohe Lichttransmission aus. Der hohe Farbwiedergabeindex von Glas sorgt dafür, dass die Wellenlänge des Lichts beim Ein- und Austritt aus der Faser kaum verändert wird. Zudem verfügen Glasfasern über eine numerische Apertur von bis zu 1, was bedeutet, dass sie besonders viel Licht aufnehmen und größere Flächen mit kleineren Faserbündeln ausleuchten können. Im Vergleich dazu sind Polymerfasern aufgrund ihrer Materialeigenschaften auf eine maximale numerische Apertur von 0,5 beschränkt.
2. Stärke und Flexibilität
Glasfasern vereinen hohe Festigkeit mit bemerkenswerter Flexibilität, insbesondere wenn sie auf sehr geringe Durchmesser reduziert werden. Diese Kombination ermöglicht die Herstellung von Fasern mit einem Durchmesser von nur 30 μm , was enge Biegeradien erlaubt. Polymerfasern hingegen haben typischerweise einen Durchmesser von 500 μm oder mehr, oft sogar über 1 mm. In der Bildgebung können einzelne Glasfasern auf nur 4 μm reduziert werden, was eine hohe Pixelauflösung und detailreiche, klare Bilder ermöglicht.
3. Thermische Stabilität
Glas behält seine Stabilität auch bei Temperaturen von bis zu 350 °C bei. Dadurch eignen sich flexible und starre Lichtleiter hervorragend für Prozesse mit hohen Temperaturen, etwa beim Autoklavieren, bei der Sterilisation in der Medizintechnik oder in aggressiven Industrieumgebungen. Polymerfasern hingegen halten in der Regel nur Temperaturen bis etwa 80 °C stand und sind daher für solche Anwendungen ungeeignet.
4. Design-Flexibilität
Dank ihrer extrem geringen Durchmesser lassen sich Glasfasern in großer Zahl zu kompakten Bündeln zusammenfassen, was komplexe Geometrien auf kleinem Raum ermöglicht. Diese Bündel können Licht effizient von einer einzigen Quelle an mehrere Zielorte verteilen. Durch das Mischen von rotem, grünem und blauem LED-Licht lässt sich homogenes weißes Licht erzeugen. Die höhere Anzahl an Glasfasern in einem Bündel sorgt zudem für eine gleichmäßigere Lichtverteilung im Vergleich zu den dickeren Polymerfasern.
5. Chemische Beständigkeit
Glas weist eine hohe chemische Beständigkeit auf und bleibt inert, selbst wenn es mit Reinigungsmitteln, Säuren, Basen, Lösungsmitteln oder Klebstoffen in Kontakt kommt. Dadurch sind Glaskomponenten besonders langlebig und leicht zu reinigen. Im Gegensatz dazu können Polymermaterialien mit verschiedenen Chemikalien reagieren und dadurch beschädigt werden.