//
du liest...
Fernlehrgang

Fernlehrgang Technische Optik: Dispersion

Am 01. Oktober 2013 startete der neue Fernlehrgang „Technische Optik“ der HarzOptics GmbH. In einem siebenmonatigen (die Betreuungszeit liegt bei vierzehn Monaten) Korrespondenzkurs erhalten Interessenten in diesem ersten deutschsprachigen Fernlehrgang zum Thema eine Einführung in die physikalischen und technischen Grundlagen der Optik und Photonik. Der von der Staatlichen Zentralstelle für Fernunterricht (ZFU) unter der Nummer 7251512 zugelassene Fernlehrgang schließt mit einem Zertifikat ab. In den kommenden Monaten werden wir hier im Instituts-Blog regelmäßig kürzere Auszüge aus dem Lehrmaterial einstellen. Interessenten finden weitere Informationen auf der Lehrgangs-Webseite unter http://www.fernlehrgang-optik.de.

Unter dem Begriff der Dispersion fasst man eine Reihe physikalischer Effekte zusammen, die Laufzeitunterschiede bei der Übertragung von Datensignalen durch einen Lichtwellenleiter verursachen können. Diese führen zu einer Einschränkung der Modulationsamplitude und begrenzen damit die Bandbreite der Faser, d.h. die Menge an Informationen, die parallel übertragen werden können. Die Faser selbst unterdrückt also – ähnlich wie ein Tiefpaß in der Rundfunktechnik – selbst bestimmte Frequenzen.

Die Dispersion setzt sich aus zwei Komponenten zusammen:

  • Modendispersion
  • Chromatische Dispersion

Die Modendispersion – die mit weitem Abstand wichtigere der beiden Komponenten – wird im Kapitel über Vielmodenfasern eine wichtige Rolle spielen und soll daher an dieser Stelle nur kurz angerissen werden. Sie ist im wesentlichen darauf zurückzuführen, dass das Licht auf mehr als einem Weg durch eine Vielmodenfaser geleitet werden kann (man spricht in diesem Zusammenhang auch von verschiedenen Moden, siehe auch untenstehende Abbildung), wodurch es zu einer Verbreiterung bzw. Verwischung des Signals kommt. Wie die Bezeichnung Vielmodenfasern bereits ausdrückt, tritt das Phänomen der Modendispersion nur in diesen auf, während bei den Einmodenfasern lediglich die chromatische Dispersion von Bedeutung ist.

Modenbildung

Grundprinzip der Modendispersion

 

Die chromatische Dispersion setzt sich ihrerseits wiederum aus zwei Komponenten zusammen:

  • Materialdispersion
  • Wellenleiterdispersion

Beide Komponenten werden im Kapitel über Einmodenfasern detailliert besprochen. An dieser Stelle genügt der Hinweis darauf, dass die Modendispersion der wesentliche limitierende Faktor für die Bandbreite von Vielmodenfasern ist, während die Bandbreite von Einmodenfasern hauptsächlich durch die chromatische Dispersion begrenzt wird.

Obwohl der Begriff der Bandbreite bereits im ersten Lehrbrief erläutert wurde, soll er an dieser Stelle kurz erneut aufgegriffen werden, um die Bedeutung der Dispersion zu illustrieren – schließlich ist die Bandbreite neben der Dämpfung die zweite optische Größe, durch die eine Faser mageblich charakterisiert wird. Da sie mit zunehmender Länge abnimmt (aufgrund der Dispersion wird ein Impuls innerhalb einer Faser zeitlich länger und zugleich in der Amplitude kleiner, d.h. er flacht ab und wird „in die Breite gezogen“), wird in der Praxis häufig ein Produkt aus Bandbreite und Länge verwendet, um die Übertragungskapazität eines Lichtwellenleiters zu beschreiben.

Dispersionsmessung

Dispersionsmessung

 

Die Abbildung illustriert den schematischen Ablauf einer Dispersionsmessung und hilft zudem bei der Wiederholung einiger bereits erwähnter Fachbegriffe aus dem Bereich der Übertragungstechnik. Ein Sender (die Quelle) emittiert ein optisches Signal in einen Lichtwellenleiter (in Schaltungsschemata vielfach gekennzeichnet durch einen Kreis mit zwei Pfeilen), an dessen Ende sich ein Empfänger (die Senke) befindet. Gemessen wird, wie sich die Amplitude des Signals über die Faserlänge x (z.B. 10m, 50m oder 100m) verändert, d.h. in welchem Umfang eine „Abflachung“ bzw. „Verbreiterung“ des Signals zu beobachten ist.

Merke: Während das Signal die Faser entlangläuft, erhöht sich dessen Pulsbreite. Dieser Effekt wird als Dispersion bezeichnet. Die Dispersion begrenzt die Bandbreite eines Lichtwellenleiters und setzt sich aus zwei Komponenten zusammen: Modendispersion und chromatischer Dispersion. Während die chromatische Dispersion in allen Typen von Lichtwellenleitern auftritt, spielt die Modendispersion nur bei Vielmodenfasern eine Rolle.

Advertisements

Über Christian Reinboth

http://www.christian-reinboth.de

Diskussionen

Trackbacks/Pingbacks

  1. Pingback: Die Entwicklung von POF-Seitenlichtfasern – das Projekt MOPF (3) | HarzOptics GmbH - 27. August 2014

Kommentar verfassen

Trage deine Daten unten ein oder klicke ein Icon um dich einzuloggen:

WordPress.com-Logo

Du kommentierst mit Deinem WordPress.com-Konto. Abmelden / Ändern )

Twitter-Bild

Du kommentierst mit Deinem Twitter-Konto. Abmelden / Ändern )

Facebook-Foto

Du kommentierst mit Deinem Facebook-Konto. Abmelden / Ändern )

Google+ Foto

Du kommentierst mit Deinem Google+-Konto. Abmelden / Ändern )

Verbinde mit %s

%d Bloggern gefällt das: