Elemente optischer Netze Dispersionskompensation mit Fiber Bragg Gratings (FBG) von Prof. Dr. V. Brückner

Dispersionskompensation mit Fiber Bragg Gratings 1. Chromatische Dispersion in SMF 2. Fiber Bragg gratings(FBG) 3. Demultiplexing mit FBG 4. Dispersionkompensation mit FBG

Laserspektrum: Wellenlängen von λi=-20 über λi=0 (Maximum) bis λi=20 Ausgangspunkt: Laserspektrum: Wellenlängen von λi=-20 über λi=0 (Maximum) bis λi=20 0.2 0.4 0.6 0.8 λi=0 λi=4 λi=-4 λi=8 λi=-8 λi=12 λi=-12 λi=-16 λi=16 λi=-20 λi=20 blauer Teil roter Teil

Zeitform der Impulse bei allen Wellenlängen: Gaußform Summe über alle Wellenlängen: Unterschiedliche Amplitude Gaußform t λi=0 100% 50% λi=2 λi=-4 λi=6 Pulse length τ0 λi=-8 λi=10 λi=-12 λi=-16 λi=14 λi=18

Δ – Zeitverschiebung des Maximums Dispersion: unterschiedliche Gruppengeschwindigkeit vg (λ) für unterschiedliche Wellenlängen Führt zu verschiedenen Zeitpunkten des Maximums der (Gauß) Impulse bei unterschiedlichen λ Im drittem optischen Fenster: ng (λ1) < ng (λ2 > λ1) folglich vg (λ1) > vg (λ2 > λ1) Δ – Zeitverschiebung des Maximums Summe über alle Wellenlängen bei Δ=0: t 100% 50% Unterschiedliche Amplitude Gaußform Impulslänge Situation bei der Faserlänge L0 = 0 (Eingang)

Δ - Zeitverschiebung des Maximums Dispersion: unterschiedliche Gruppengeschwindigkeit vg (λ) für unterschiedliche Wellenlängen Führt zu verschiedenen Zeitpunkten des Maximums der (Gauß) Impulse bei unterschiedlichen λ Δ - Zeitverschiebung des Maximums Summe über alle Wellenlängen bei Δ=0.05: L0=0 t unterschiedliche Amplitude Gaußform Impulslänge τ0 100% 50% Impulslänge τ1>τ0 L1>L0 Situation bei der Faserlänge L1 > L0

Δ – Zeitverschiebung des Maximums Dispersion: unterschiedliche Gruppengeschwindigkeit vg (λ) für unterschiedliche Wellenlängen Führt zu verschiedenen Zeitpunkten des Maximums der (Gauß) Impulse bei unterschiedlichen λ Δ – Zeitverschiebung des Maximums Summe über alle Wellenlängen bei Δ=0.1: L0=0 t unterschiedliche Amplitude Gaußform Impulslänge τ0 100% 50% Impulslänge τ2>τ1 L2>L1 Situation bei der Faserlänge L2 > L1

Δ – Zeitverschiebung des Maximums Dispersion: unterschiedliche Gruppengeschwindigkeit vg (λ) für unterschiedliche Wellenlängen Führt zu verschiedenen Zeitpunkten des Maximums der (Gauß) Impulse bei unterschiedlichen λ Δ – Zeitverschiebung des Maximums Summe über alle Wellenlängen bei Δ=0.15: L0=0 t unterschiedliche Amplitude Gaußform Impulslänge τ0 L3>L2 100% 50% Impulslänge τ3>τ2 Situation bei der Faserlänge L3 > L2

Δ – Zeitverschiebung des Maximums Dispersion: unterschiedliche Gruppengeschwindigkeit vg (λ) für unterschiedliche Wellenlängen Führt zu verschiedenen Zeitpunkten des Maximums der (Gauß) Impulse bei unterschiedlichen λ Δ – Zeitverschiebung des Maximums Summe über alle Wellenlängen bei Δ=0.2: L0=0 t unterschiedliche Amplitude Gaußform Impulslänge τ0 L4>L3 Impulslänge τ4>τ3 100% 50% Situation bei der Faserlänge L4 > L3

Dispersion entlang einer Glasfaser der Länge L laser

Einfluß der Dispersion auf die Übertragungsrate (bit rate BR): Abstand zwischen benachbarten Impulsen τ ≈ 1/BR τ τ L

Zusammensetzung eines Impulses mit Dispersion roter Teil blauer Teil L

Faser-Bragg-Gitter (Fiber Bragg Grating, FBG): Folge alternierender Brechzahlen (low nL und high nH) innerhalb der Faser Die Gitterperiode D ist die Länge der Bereiche mit nL und nH ranges in der Faser D D Wellen λ1, λ2, λ3 ... nL nH

Fiber Bragg Grating: bei λ ≠ 2nD wird die Welle transmittiert (λ1 und λ3) bei λ = 2nD wird die Welle reflektiert (λ2) λ3 λ1 λ2 λ1 λ3 λ2

Fiber Bragg Grating: Demultiplexing mit mehreren FBG bei λ1 = 2nD1 wird die Welle λ1 reflektiert bei λ2 = 2nD2 wird die Welle λ2 reflektiert bei λ3 = 2nD3 wird die Welle λ3 reflektiert D3 D2 D1 λ1+λ2+λ3 λ1+λ2 λ1 λ2 λ1 λ1

Fiber Bragg Grating: Dispersionskompensation mit FBG’s Stufenweise reflexion der Wellenlängen λ3 , λ2 und λ3 mit unterschiedlichen Laufzeiten (2ΔL) 2ΔL32 2ΔL21 D3 D2 D1 λ1+λ2+λ3 λ1+λ2 λ1 λ1+λ2+λ3

Fiber Bragg Grating: Dispersionskompensation mit FBG’s Stufenweise Reflexion von dispersionsbehafteten Impulsen Durch kontinuierliche Verkleinerung der Gitterperiode Blaues Licht mit λ1 kommt zuerst an, rotes Licht mit λ4 am Schluss Blaues Licht mit λ1 hat den längsten Weg im FBG, rotes Licht mit λ4 den kürzesten λ4+ λ3 +λ2+λ1 Dred Dyellow Dgreen Dblue Dispersionsbehaftet Impulse werden rekomprimiert durch das FBG

Fiber Bragg Grating: Dispersionskompensation mit FBG’s Typischerweise wird die Dispersionskompensation durch FBG mit einem optischen Zirkulator kombiniert in 1 2 3 out