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Optische Glasfasern Vortrag von Karin Jeremias & Maria Joss.

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Präsentation zum Thema: "Optische Glasfasern Vortrag von Karin Jeremias & Maria Joss."—  Präsentation transkript:

1 Optische Glasfasern Vortrag von Karin Jeremias & Maria Joss

2 Inhalt Geschichte, Herstellung und Theorie Berechnung Einsatzgebiete von optischen Glasfasern Diskussion: Nutzen von Glasfasern im Alltag Demonstration (Endoskop) Fragen 2

3 Geschichte der Glasfaser 18. Jahrhundert: Glasbläser stellen Engelshaare her 1930 Anmeldung Patent durch Hermann Schuller Quelle: 3

4 Geschichte der Glasfaser 1934 Patent für ein optisches Telefonsystem (Technische Verwirklichung erst 25 Jahre später) 1966 Kao von der Universität in Hong Kong entdeckt, dass Glasfasern Licht und Daten leiten 1970 Erfindung des CCD-Chips durch Boyle und Smith 4

5 Herstellung: Preform Quelle: Quarzglas (SiO 2 ; n=1.44) rotiert auf Glasdrehbank Gasbrenner erhitzt Glas auf ca °C Gasgemisch wird in Kern geleitet (Chloride) Durch Ablagerung der Chloride entsteht anderer Index in Faser (bis zu 100 mögliche Schichtvariationen) Quelle: 5

6 Herstellung: Ziehen der Glasfasern Preform hat bereits gewünschtes Brechzahlprofil Ziehen der Faser aus Preform (hohe Geschwindigkeit) Länge Faser: 1km bis 10 km Dicke Faser: 1mm bis 120 Mikrometer Bevor Faser auf Trommel aufgewickelt wird, erhält sie eine schützende Kunststoffschicht (primary coating) 6

7 Prinzip, das Licht durch Faser führt: Totalreflexion Akzeptanzwinkel θ: Grenzwinkel α: n M < n K !! Numerische Apertur: Kern (core, n K ) Glasmantel (cladding, n M ) Beschichtung (primary coating) Theorie Luft (n0) α =Grenzwinkel 7 θ=Akzeptanzwinkel Akzeptanzwinkel: Winkel, der eine Totalreflexion zwischen Kern und Mantel garantiert. Numerisch Apertur (AN): Beschreibt Zusammenhang von Brechzahl des Kerns zu Brechzahl des Glasmantels. n

8 Berechnung Lichtleiter: Alle durch die Stirnfläche einer Lichtfaser eintretenden Strahlen sollen im Lichtleiter durch Totalreflexion fortgeleitet werden. Welche Brechzahl n muss die Lichtleiterfaser mindestens haben? Tipp: Brechungsgesetz an Stirnfläche anwenden. Für ε 1 90° einsetzen (alle Strahlen sollen erfasst werden) 8

9 Berechnung: Lösungsweg 9 1 2

10 Einsatzgebiete optischer Glasfasern Datenübertragung: FTTH (Fiber To The Home) 10 Quelle: eidgenössische Kommunikationskommission ComCom

11 Einsatzgebiete optischer Glasfasern 11 Quelle: LitraCon GmbH, Achen Deutschland George Smith und William Boyle mit CCD-Sensor ( ) Dekoration und Kunst: Beton wird lichtdurchlässig Quelle: Meister-des-Lichts-Digitalfotografie- nobelpreisQwuerdig/ Medizin: Endoskop Quelle: /endoskopische_untersuchung.jpg

12 Einsatzgebiete optischer Glasfasern Meister des Lichts: Charles Kuen Kao Wenn Kao nicht entdeckt hätte, dass man Glasfasern zur Übertragung von Licht und damit von Daten nutzen kann, gäbe es die heutige Telekommunikation nicht. Godehard Wald, Ingenieur für Nachrichtentechnik 12 Quelle: Digitalfotografie-nobelpreisQwuerdig

13 Diskussion: Glasfasern im Alltag Datenübertragung Geschwindigkeit abhängig von Anzahl Signal/Faser (in der Schweiz max. 1 GB/Sekunde) Störungsfreie Übertragung >140 Glasfasern pro Kabel keine engen Radien (Lichtverlust) Polymer-optische Fasern lösen Glasfasern ab 13

14 Diskussion: Glasfasern im Alltag Medizin Medizin nutzt hohes Auflösungsvermögen von Glasfasern ( Pixel) Endoskopische Lichtleiter bestehen aus Glasfasern Faserdurchmesser: 7-10 Mikrometer (ca. tausendmal dünner als Haar!) 14

15 Demonstration Endoskop Quelle: 15 Zahlreiche medizinische Einsatzgebiete von Endoskopen (Wirbelsäulenchirurgie, Urologie, Darmspiegelungen etc.) Quellen: und

16 Fragen Link zu Glasfaserherstellungsfilm: 16


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