50 Jahre Glasfaser: Die Geschichte von A bis Z

Glas als Werkstoff blickt auf eine rund 4000-jährige Geschichte zurück. Denn bereits seit dem Jahr 2000 v. Chr. gibt es Glas als Material für Behälter, Fenster und andere Gegenstände des täglichen Lebens. Bis heute wird ein Grossteil des Glases in dieser Kategorie hergestellt und verarbeitet, hauptsächlich aus ähnlichen Natronkalkmischungen mit dem Schwerpunkt kostengünstiger Massenproduktion.

Glas besteht aus nur drei Zutaten: Quarzsand sowie den Zusätzen Soda und Kalk. Jeder Sand, ob auf dem Spielplatz oder am Strand, enthält Quarze, die das Hauptmaterial von Glas bilden. Im Schmelzofen wird aus den drei Bestandteilen Glas. Soda sorgt dafür, dass der Quarzsand bei geringerer Hitze schmilzt (bei 1200 °C statt bei 1700 °C), während Kalk das Glas nach dem Abkühlen stabilisiert.

Seit rund 350 Jahren kümmern sich auch die Forscher um das Thema Glas und nutzen bekannte Prozesse zur Glasherstellung. Diese wurden besonders in den letzten 50 Jahren ständig verbessert und dem Verwendungszweck entsprechend optimiert. So musste zum Beispiel die Displayindustrie vor mehr als einem Jahrzehnt ein umweltfreundlicheres LCD-Glas für Monitore finden. So wurde ein neues Displayglas für brillante Bilder, aber ohne schädliche Elemente wie Antimon, Barium und Arsen entwickelt.

Dazu waren effiziente Schmelzprozesse nötig, damit Displays in Massenproduktion hergestellt werden können. Schwieriger wird es, wenn Glas gezogen werden muss, etwa zur Herstellung von feinen Glasfasern. Dies muss in höchster Präzision erfolgen, um auch im späteren rauen Alltagsbetrieb einwandfrei zu funktionieren. Doch bevor es so weit kam, war jahrelange Forschung nötig.

Der Begriff «Glasfaser» wurde bereits Anfang der 1960er-Jahre geprägt. Ursprünglich wurde der Begriff jedoch für Lichtverstärker verwendet, die in Kathodenstrahlröhren (zum Fernsehen), Computerschaltkreisen und medizinischen Geräten eingesetzt wurden. Die Technologie funktionierte allerdings nur über kurze Strecken – nach etwa 20 Metern war das Signal fast vollständig verschwunden.

Zur selben Zeit realisierte die damalige noch vollständig analog operierende Telekommunikationsindustrie, dass die bisherigen Kupferdrähte den exponentiell steigenden Kommunikationsdatenverkehr nicht mehr bewältigen können. Kupferkabel erforderten besonders auf längere Distanzen Signalverstärker in den Übertragungsstellen, die aber nicht nur das Nutzsignal, sondern auch Störgeräusche wie das Nebensprechen zwischen den Kanälen verstärkten. Aufwendige Filter und Regeneratoren versuchten, das Originalsignal bestmöglich wiederherzustellen und so auf die weite Reise zu schicken. Dies war aufwendig und teuer, denn die Röhrenverstärker brauchten viel Strom und eine gute Lüftung.

Druck kam auch vom Militär, denn im Herbst 1969 nahm das US-Verteidigungsministerium das legendäre ­Arpanet in Betrieb, einen Vorläufer des Internets, der das Pentagon mit Universitätslaboren vernetzte. Unternehmen wie die Digital Equipment Corporation (DEC) bauten die ersten kühlschrankgrossen Minicomputer, die kleiner und billiger als Grossrechner in Raumgrösse waren. Das bedeutete aber auch, dass mehr und mehr Unternehmen Daten für ihre Geschäfte nutzen wollten. Dabei wuchs die Notwendigkeit, Daten über grosse Entfernungen übertragen zu können, was mit Kupferkabeln nur unzureichend gelang.

Aber heute wie damals mussten Unternehmen weltweit zu einer Zeit miteinander kommunizieren, wobei die üblichen Kupferkabel nur ein begrenztes Anrufvolumen übertragen konnten. Die Tonqualität war blechern, weil die Leitungen nicht genug Informationen transportieren konnten, um die Stimme einer Person vollständig wiederzugeben. Trotzdem übertraf die Nachfrage das Angebot so stark, dass ein Auslandsgespräch in den 1960er-Jahren nach heutigem Währungsstand 27 US-Dollar pro Minute und mehr kostete.