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1 (C) 2002, Hermann Knoll, HTW Chur, Fachhochschule Ostschweiz Lichtwellenleiter Lernziele: Bauformen von LWL kennen. Signalveränderungen durch Moden-

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1 1 (C) 2002, Hermann Knoll, HTW Chur, Fachhochschule Ostschweiz Lichtwellenleiter Lernziele: Bauformen von LWL kennen. Signalveränderungen durch Moden- und chromatische Dispersion erklären können. Die Dämpfung von Signalen berechnen können.

2 2 (C) 2002, Hermann Knoll, HTW Chur, Fachhochschule Ostschweiz Brechung und Totalreflexion Brechung und Totalfreflexion bestimmen die Ausbreitung von Licht in einem Lichtwellenleiter

3 3 (C) 2002, Hermann Knoll, HTW Chur, Fachhochschule Ostschweiz Typen und Bauformen von LWL Multimode-LWL -Stufenprofilfaser -Gradientenprofilfaser Monomode-LWL

4 4 (C) 2002, Hermann Knoll, HTW Chur, Fachhochschule Ostschweiz Die Stufenprofilfaser Ein Kern ist von einem optisch dünneren Medium umgeben. An der Grenzfläche tritt Totalreflexion ein.

5 5 (C) 2002, Hermann Knoll, HTW Chur, Fachhochschule Ostschweiz Die Gradientenprofilfaser Der Brechungsindex nimmt von der Faserachse nach aussen hin ab. Das Licht ändert kontinu- ierlich die Richtung.

6 6 (C) 2002, Hermann Knoll, HTW Chur, Fachhochschule Ostschweiz Die Monomodefaser Kerndurchmesser einer Stufenprofilfaser auf ca. 10 Wellenlängen reduziert -> nur noch eine beugungsbegrenzte Lichtwelle -> quasi nur noch ein einziger Lichtstrahl (einwellige Faser oder Monomodefaser, english: single mode fibre). Die Wellenführung einer Monomodefaser läßt sich mit Hilfe der Strahlenoptik nicht mehr anschaulich erklären.

7 7 (C) 2002, Hermann Knoll, HTW Chur, Fachhochschule Ostschweiz Modendispersion Im Multimode-LW: gleichzeitig einige tausend verschiedene Moden = Strahlen mit verschiedenen Einkopplungswinkeln Die Modendispersion ist Ursache für nachteilige Signalveränderungen.

8 8 (C) 2002, Hermann Knoll, HTW Chur, Fachhochschule Ostschweiz Monomodefaser

9 9 (C) 2002, Hermann Knoll, HTW Chur, Fachhochschule Ostschweiz Vorteile der Monomodefaser keine Modendispersion -> gössere Bandbreite über grosse Entfernungen konkret: Erhaltung der Impulsform Modendispersion bedeutet Laufzeitunterschied verschiedener Wellen

10 10 (C) 2002, Hermann Knoll, HTW Chur, Fachhochschule Ostschweiz Vorteile des LWL: sehr hohe Bandbreite ->Datenraten bis zu mehreren Tbit/s grosse Entfernungen ohne Zwischenverstärkung sehr dünn, sehr leicht und biegsam. aus Quarzsand als Rohmaterial durch elektrische und magnetische Störfelder kaum beeinflussbar kein Nebensprechen von Faser zu Faser und keine Störstrahlung nach aussen

11 11 (C) 2002, Hermann Knoll, HTW Chur, Fachhochschule Ostschweiz Bandbreite und Übertragungsrate c t,max = maximale Übertragungsrate b = Bandbreite in Hz N max = Übertragungsleistung für Signale N st = mittler Störleistung

12 12 (C) 2002, Hermann Knoll, HTW Chur, Fachhochschule Ostschweiz Bandbreite Die Bandbreite b ist jene Frequenz, bei der die Signalamplitude am Ausgang auf 50% des Eingangswertes abgefallen ist.

13 13 (C) 2002, Hermann Knoll, HTW Chur, Fachhochschule Ostschweiz Dämpfung

14 14 (C) 2002, Hermann Knoll, HTW Chur, Fachhochschule Ostschweiz Dämpfung Die Dämpfung ist frequenz- und längen- abhängig Mit zunehmender Frequenz steigt die Dämpfung stark an. Zur Kompensation der Dämpfung werden in festgelegten Abständen Verstärker eingebaut.

15 15 (C) 2002, Hermann Knoll, HTW Chur, Fachhochschule Ostschweiz Dämpfung von Signalen

16 16 (C) 2002, Hermann Knoll, HTW Chur, Fachhochschule Ostschweiz Transmissionsfenster Bei LWL treten "Transmissions- fenster", d.h. Wellenlängenbereiche mit besonders guter Durchlässigkeit auf.

17 17 (C) 2002, Hermann Knoll, HTW Chur, Fachhochschule Ostschweiz Dämpfung Die Lichtleistung im LWL nimmt exponentiell mit der Leiterlänge ab.

18 18 (C) 2002, Hermann Knoll, HTW Chur, Fachhochschule Ostschweiz Aufgabe Die Dämpfungskonstante eines LWL sei  = 0.5 dB/km. Nach welcher Strecke L ist die Leistung auf 10% des Eingangswertes abgefallen?

19 19 (C) 2002, Hermann Knoll, HTW Chur, Fachhochschule Ostschweiz Zwischenverstärker

20 20 (C) 2002, Hermann Knoll, HTW Chur, Fachhochschule Ostschweiz Dispersion Modemdispersion und chromatische Dispersion führen zu einem "Zerfliessen" der Signale. Dieses Zerfliessen nimmt linear mit der Leiterlänge zu. Die Dispersion wird als Zeitdifferenz pro Leiterlänge definiert (Masseinheit: ns/km)

21 21 (C) 2002, Hermann Knoll, HTW Chur, Fachhochschule Ostschweiz Bandbreite-Länge-Produkt Das Bandbreite-Länge-Produkt ist definiert als:

22 22 (C) 2002, Hermann Knoll, HTW Chur, Fachhochschule Ostschweiz Aufgabe Welche Bandbreite kann man bei einem Band- breite-Länge-Produkt von B L = 6.25 GHzkm über eine Übertragungsstrecke von 5 km realisieren?

23 23 (C) 2002, Hermann Knoll, HTW Chur, Fachhochschule Ostschweiz Genaueres zur Modendispersion:

24 24 (C) 2002, Hermann Knoll, HTW Chur, Fachhochschule Ostschweiz Aufgabe Wie gross ist der Laufzeitunteschied zwischen einem parallel zum LWL laufenden und einem unter dem Winkel 10° eingekoppeltem Lichtstrahl?

25 25 (C) 2002, Hermann Knoll, HTW Chur, Fachhochschule Ostschweiz Modendispersion: Impulsform

26 26 (C) 2002, Hermann Knoll, HTW Chur, Fachhochschule Ostschweiz Modemdispersion: Impulsform und Ineinanderfliessen

27 27 (C) 2002, Hermann Knoll, HTW Chur, Fachhochschule Ostschweiz Chromatische Dispersion Licht unterschiedlicher Farbe (Frequenz) breitet sich in einem Medium (z.B. LWL) mit unter- schiedlicher Geschwindigkeit aus. Jede Lichtquelle (auch die "monochromatische") erzeugt immer ein bestimmtes Frequenzband. Das führt zu einer Verzerrung der Signale wie bei der Modendispersion.

28 28 (C) 2002, Hermann Knoll, HTW Chur, Fachhochschule Ostschweiz Lichtquellen Eine 850 nm-Leuchtdiode (LED) emittiert Licht im Frequenzbereich nm, Eine 850 nm-Laserdiode im Bereich nm. Berechnen Sie die Frequenzbreiten!


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