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1 Vieweg+TeubnerPLUS Zusatzinformationen zu Medien des Vieweg+Teubner Verlags Elemente optischer Netze Dispersionskompensation mit Fiber Bragg Gratings (FBG) von Prof. Dr. V. Brückner

2 © Autor | Buchtitel Vieweg+TeubnerPLUS Zusatzinformationen zu Medien des Vieweg+Teubner Verlags 2 Vieweg+Teubner Verlag | Wiesbaden Chromatische Dispersion in SMF 2. Fiber Bragg gratings(FBG) 3. Demultiplexing mit FBG Dispersionskompensation mit Fiber Bragg Gratings 4. Dispersionkompensation mit FBG

3 © Autor | Buchtitel Vieweg+TeubnerPLUS Zusatzinformationen zu Medien des Vieweg+Teubner Verlags 3 Vieweg+Teubner Verlag | Wiesbaden λ i=0 λ i=4 λ i=-4 λ i=8 λ i=-8 λ i=12 λ i=-12 λ i=-16 λ i=16 λ i=-20 λ i=20 Laserspektrum: Wellenlängen von λ i =-20 über λ i =0 (Maximum) bis λ i =20 Ausgangspunkt: blauer Teilroter Teil

4 © Autor | Buchtitel Vieweg+TeubnerPLUS Zusatzinformationen zu Medien des Vieweg+Teubner Verlags 4 Vieweg+Teubner Verlag | Wiesbaden 2010 Zeitform der Impulse bei allen Wellenlängen: Gaußform Unterschiedliche Amplitude Gaußform Summe über alle Wellenlängen: t 100% 50% Pulse length τ 0 λ i=-16 λ i=-12 λ i=-8 λ i=-4 λ i=0 λ i=2 λ i=6 λ i=10 λ i=14 λ i=18

5 © Autor | Buchtitel Vieweg+TeubnerPLUS Zusatzinformationen zu Medien des Vieweg+Teubner Verlags 5 Vieweg+Teubner Verlag | Wiesbaden 2010 Dispersion: unterschiedliche Gruppengeschwindigkeit v g (λ) für unterschiedliche Wellenlängen Unterschiedliche Amplitude Gaußform Summe über alle Wellenlängen bei Δ=0: t 100% 50% Impulslänge Im drittem optischen Fenster: n g (λ 1 ) λ 1 ) folglich v g (λ 1 ) > v g (λ 2 > λ 1 ) Δ – Zeitverschiebung des Maximums Situation bei der Faserlänge L 0 = 0 (Eingang) Führt zu verschiedenen Zeitpunkten des Maximums der (Gauß) Impulse bei unterschiedlichen λ

6 © Autor | Buchtitel Vieweg+TeubnerPLUS Zusatzinformationen zu Medien des Vieweg+Teubner Verlags 6 Vieweg+Teubner Verlag | Wiesbaden 2010 Dispersion: unterschiedliche Gruppengeschwindigkeit v g (λ) für unterschiedliche Wellenlängen unterschiedliche Amplitude Gaußform Summe über alle Wellenlängen bei Δ=0.05: t 100% 50% Führt zu verschiedenen Zeitpunkten des Maximums der (Gauß) Impulse bei unterschiedlichen λ Δ - Zeitverschiebung des Maximums Situation bei der Faserlänge L 1 > L 0 L 0 =0 Impulslänge τ 0 L 1 >L 0 Impulslänge τ 1 >τ 0

7 © Autor | Buchtitel Vieweg+TeubnerPLUS Zusatzinformationen zu Medien des Vieweg+Teubner Verlags 7 Vieweg+Teubner Verlag | Wiesbaden 2010 Dispersion: unterschiedliche Gruppengeschwindigkeit v g (λ) für unterschiedliche Wellenlängen unterschiedliche Amplitude Gaußform Summe über alle Wellenlängen bei Δ=0.1: t 100% 50% Führt zu verschiedenen Zeitpunkten des Maximums der (Gauß) Impulse bei unterschiedlichen λ Δ – Zeitverschiebung des Maximums Situation bei der Faserlänge L 2 > L 1 L 0 =0 Impulslänge τ 0 L 2 >L 1 Impulslänge τ 2 >τ 1

8 © Autor | Buchtitel Vieweg+TeubnerPLUS Zusatzinformationen zu Medien des Vieweg+Teubner Verlags 8 Vieweg+Teubner Verlag | Wiesbaden 2010 Dispersion: unterschiedliche Gruppengeschwindigkeit v g (λ) für unterschiedliche Wellenlängen unterschiedliche Amplitude Gaußform Summe über alle Wellenlängen bei Δ=0.15: t 100% 50% Führt zu verschiedenen Zeitpunkten des Maximums der (Gauß) Impulse bei unterschiedlichen λ Δ – Zeitverschiebung des Maximums Situation bei der Faserlänge L 3 > L 2 L 0 =0 Impulslänge τ 0 L 3 >L 2 Impulslänge τ 3 >τ 2

9 © Autor | Buchtitel Vieweg+TeubnerPLUS Zusatzinformationen zu Medien des Vieweg+Teubner Verlags 9 Vieweg+Teubner Verlag | Wiesbaden 2010 Dispersion: unterschiedliche Gruppengeschwindigkeit v g (λ) für unterschiedliche Wellenlängen unterschiedliche Amplitude Gaußform Summe über alle Wellenlängen bei Δ=0.2: t 100% 50% Führt zu verschiedenen Zeitpunkten des Maximums der (Gauß) Impulse bei unterschiedlichen λ Δ – Zeitverschiebung des Maximums Situation bei der Faserlänge L 4 > L 3 L 0 =0 Impulslänge τ 0 L 4 >L 3 Impulslänge τ 4 >τ 3

10 © Autor | Buchtitel Vieweg+TeubnerPLUS Zusatzinformationen zu Medien des Vieweg+Teubner Verlags 10 Vieweg+Teubner Verlag | Wiesbaden 2010 Dispersion entlang einer Glasfaser der Länge L L L1L1 L2L2 L3L3 L4L4 laser L0L0

11 © Autor | Buchtitel Vieweg+TeubnerPLUS Zusatzinformationen zu Medien des Vieweg+Teubner Verlags 11 Vieweg+Teubner Verlag | Wiesbaden 2010 Einfluß der Dispersion auf die Übertragungsrate (bit rate BR): Abstand zwischen benachbarten Impulsen τ 1/BR L τ τ

12 © Autor | Buchtitel Vieweg+TeubnerPLUS Zusatzinformationen zu Medien des Vieweg+Teubner Verlags 12 Vieweg+Teubner Verlag | Wiesbaden 2010 Zusammensetzung eines Impulses mit Dispersion L roter Teilblauer Teil

13 © Autor | Buchtitel Vieweg+TeubnerPLUS Zusatzinformationen zu Medien des Vieweg+Teubner Verlags 13 Vieweg+Teubner Verlag | Wiesbaden 2010 Faser-Bragg-Gitter (Fiber Bragg Grating, FBG): Folge alternierender Brechzahlen (low n L und high n H ) innerhalb der Faser nLnL nHnH nLnL nHnH nLnL nHnH nLnL nHnH Die Gitterperiode D ist die Länge der Bereiche mit n L und n H ranges in der Faser D Wellen λ 1, λ 2, λ 3... D

14 © Autor | Buchtitel Vieweg+TeubnerPLUS Zusatzinformationen zu Medien des Vieweg+Teubner Verlags 14 Vieweg+Teubner Verlag | Wiesbaden 2010 Fiber Bragg Grating: bei λ = 2nD wird die Welle reflektiert (λ 2 ) bei λ 2nD wird die Welle transmittiert (λ 1 und λ 3 ) λ1λ1 λ1λ1 λ3λ3 λ3λ3 λ2λ2 λ2λ2

15 © Autor | Buchtitel Vieweg+TeubnerPLUS Zusatzinformationen zu Medien des Vieweg+Teubner Verlags 15 Vieweg+Teubner Verlag | Wiesbaden 2010 D1D1 D2D2 D3D3 Fiber Bragg Grating: Demultiplexing mit mehreren FBG bei λ 2 = 2nD 2 wird die Welle λ 2 reflektiert λ1+λ2+λ3λ1+λ2+λ3 λ1λ1 λ1λ1 λ1λ1 λ2λ2 bei λ 1 = 2nD 1 wird die Welle λ 1 reflektiert bei λ 3 = 2nD 3 wird die Welle λ 3 reflektiert λ1+λ2λ1+λ2

16 © Autor | Buchtitel Vieweg+TeubnerPLUS Zusatzinformationen zu Medien des Vieweg+Teubner Verlags 16 Vieweg+Teubner Verlag | Wiesbaden 2010 D1D1 D2D2 D3D3 Fiber Bragg Grating: Dispersionskompensation mit FBGs λ1+λ2+λ3λ1+λ2+λ3 λ1λ1 Stufenweise reflexion der Wellenlängen λ 3, λ 2 und λ 3 mit unterschiedlichen Laufzeiten (2ΔL) λ1+λ2λ1+λ2 2ΔL 32 2ΔL 21 λ1+λ2+λ3λ1+λ2+λ3

17 © Autor | Buchtitel Vieweg+TeubnerPLUS Zusatzinformationen zu Medien des Vieweg+Teubner Verlags 17 Vieweg+Teubner Verlag | Wiesbaden 2010 D blue D green D red Fiber Bragg Grating: Dispersionskompensation mit FBGs λ4+ λ3 +λ2+λ1λ4+ λ3 +λ2+λ1 Stufenweise Reflexion von dispersionsbehafteten Impulsen Durch kontinuierliche Verkleinerung der Gitterperiode D yellow Blaues Licht mit λ 1 kommt zuerst an, rotes Licht mit λ4 am Schluss Blaues Licht mit λ 1 hat den längsten Weg im FBG, rotes Licht mit λ4 den kürzesten Dispersionsbehaftet Impulse werden rekomprimiert durch das FBG

18 © Autor | Buchtitel Vieweg+TeubnerPLUS Zusatzinformationen zu Medien des Vieweg+Teubner Verlags 18 Vieweg+Teubner Verlag | Wiesbaden 2010 Fiber Bragg Grating: Dispersionskompensation mit FBGs Typischerweise wird die Dispersionskompensation durch FBG mit einem optischen Zirkulator kombiniert in out


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