Vieweg+TeubnerPLUS Zusatzinformationen zu Medien des Vieweg+Teubner Verlags

Elemente optischer Netze Grundlagen und Praxis der optischen Datenübertragung

Erscheinungsjahr 2011 | 2. Auflage Kapitel 3| Bilder für den download

Volkmar Brückner [Text eingeben]

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n1

n1

n1

n2

n2

n2 n3 (a)

(b)

(c)

Abb. 3-1 Wellenleitende Strukturen: Sandwich (a), vergrabener Wellenleiter (b) und Glasfaser (c)

x

x Welle

n1

Schicht I

0

E

n2 n3

Schicht II -d

z

Schicht III

Abb. 3-2 Sandwich-Struktur aus Abb. 3-1 (a) mit kosinusförmiger elektromagnetischer Welle

n(r ) 

E

n2 bei r  a n1 bei r  a r

r

d  2a

φ

n2

r

n1

D (a)

(b) Abb. 3-3 Aufbau (a) und Feldverteilung (b) in einer Glasfaser

Vieweg+Teubner Verlag | Wiesbaden 2010

1,50 TiO2

n

GeO2 P2O5

1,45

B2O3 F

1,40 0

10

5

%

15

Abb. 3-4 Veränderung der Brechzahl von Glas

nM A



D

nK

d

1 ‘

 4

2



 nM

3

Abb. 3-5 Einkopplung und Strahlausbreitung in einer Glasfaser

C 1. Reflexion

A

 < A

2. Reflexion Abb. 3-6 Transversale Moden im Wellenleiter

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40

4

TE13

f2 (q=1)

f2 (q=13) f2 (q=10)

TE10 TE5

20

2 f1

f2 (q=5) TE0

f2 (q=0) 0

88°

f1

89°

f2 (q=0)

TE0

0 90° 83,3°

90° (b)

(a)

Abb. 3-7 Transversale Moden in der Glasfaser mit d = 9 µm (a) und d = 50 µm (b)

E a TE00

x

E

b

TE10 x

E

c

TE52 E

x d

TE37 x Abb. 3-8 Foto und Feldverteilung transversaler Moden (nach [Vog 02])

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1,49 p=2 p=1,9

p=10

p=1

1,48

a

a Abb. 3-9 Brechzahlprofile

r

D d

r

SI

nM

n D d

nK

GI

nM

n nK

Abb. 3-10 Brechzahlverlauf bei SI- und GI-Fasern

P

V = 1,5 2,405

3,75 1/e² r d D

Abb. 3-11 Modenfelddurchmesser für verschiedene Faserparameter

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100  (dB/km) 10 R

1 UV 0.1

0.01

0

1.5

1

0.5

2

(µm)

Abb. 3-12 Rayleigh- und UV-Absorption in Quarz

H

H

H

O

O

O

H

H

H Beugeschwingung

Twistschwingung

Schaukelschwingung

Abb. 3-13 Schwingungen von Wassermolekülen

100

1.

 (dB/km) 10

OH

R

1 0,1 0,01

3.

2.

Δλ 0,5

1

IR 1,5

 (µm)

2

Abb. 3-14 Dämpfungsverlauf in Quarzglasfasern

. E xt r vg

t

Abb. 3-15 Schwebung zweier Wellen mit nahezu gleicher Frequenz

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1.49 1.48

ng n

ng

1.47

1.46

n 1.45

 (µm)

1.44 0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

Abb. 3-16 Phasenbrechzahl und Gruppenbrechzahl für SiO2 () und 13,5 % GeO2+ SiO2 ()

tB  tP

tB > tP

tB

tB < tP

tB

tP

verbreiterte Impulse (Bits)

noch unterscheidbar

nicht mehr unterscheidbar tP

Zeit 2 Bits am Fasereingang

tP

Zeit 2 Bits nach Durchlauf der Faserlänge L1

Zeit 2 Bits nach Durchlauf der Faserlänge L2 > L1

Abb. 3-17 Auswirkung der Dispersion auf die Übertragung von Bits

Höchste Mode

 Grundmode

Wegunterschied ΔL

L0

tH

t0

Akzeptanzwinkel A Abb. 3-18 Zur Bestimmung des Modendispersionsparameters

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1 < 2 <  3 P Wegunterschied -> Zeitunterschied 

3 2 1 Fasereingang:

Faserende: Vollständige örtliche und zeitliche Trennung

Vollständige örtliche und zeitliche Überlappung

Abb. 3-19 Materialdispersion in einer Glasfaser

50 DMat (ps/km. nm) 0

SiO2 13,5% GeO2+ SiO2

-50 -100 0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

 (µm)

Abb. 3-20 Materialdispersion für reines SiO2 () und 13,5% GeO2+ SiO2 ()

Impuls

Impuls

Abb. 3-21 Wellenleiterdispersion

λ1

λ2 < λ1 d2 < d1 E

E

(a)

d1

E

E

(b)

Abb. 3-22 Einfluss von Wellenlänge (a) und Kerndurchmessers (b) auf die Wellenleiterdispersion

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Materialdispersion 20

D/

ps km  nm 0

9 µm Wellenleiterdispersion 5 µm

-20

 / m

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

1,6

Abb. 3-23 Materialdispersion und Wellenleiterdispersion bei 5 µm und 9 µm Kerndurchmesser

 ps   D  km  nm   20

DMat Dchrom (d = 9µm)

10 0

DWL (d = 9µm) DWL (d = 5µm)

-10 -20 1,1

1,3

1,5

 (µm)

Abb. 3-24 Chromatische Dispersion in reinem Quarzglas

20

DMat

 ps   D  km  nm 

Dchrom (d = 5µm) DWL (d = 9µm) DWL (d = 5µm)

0

-20

-40  (µm) 1,1

1,3

1,5

Abb. 3-25 Chromatische Dispersion in GeO2-dotiertem Quarzglas

parallele Polarisation senkrechte Polarisation

Abb. 3-26 Polarisations-Moden-Dispersion

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Kern

Vorzugspolarisation

Mantel Abb. 3-27 Polarisationserhaltende Faser

Brechzahl

CR MR

Kern

Kern

DispersionsStandardSingle-Mode geglättete Faser (DFF) (SSMF)

Kern

MR

Kern

Dispersionsverschobene Faser (DSF)

Dispersionskompensierende Faser (DCF)

Abb. 3-28 Spezialfasern zur Veränderung der Dispersion

6 Dchrom (ps/km·nm) 4

SMF

DFF

DSF

2 0

 (µm) 1,0

1,2

1,4

1,6

-2 -4 -6 Abb. 3-29 Dispersionsverlauf in Spezialglasfasern

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D 100 ps/km·nm

SMF

0 8 Teile SMF + 1 Teil DCF -100 DCF -200 -300 1,2

1,1

1,3

1,4

1,6

1,5

 (µm)

Abb. 3-30 Einsatz von dispersionskompensierenden Fasern

40 km SMF

5 km DCF

Spleiß

Spleiß

40 km SMF

5 km DCF

Spleiß

Abb. 3-31 Beispiel für Dispersionskompensation

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http://www.springer.com/978-3-8348-1034-2