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Lichtwellenleiter in Sensorik und optischer Nachrichtentechnik

Aus der Reihe VDI-Buch

Fr. 93.90

inkl. gesetzl. MwSt., Versandkostenfrei

Beschreibung

Produktdetails

Einband

Taschenbuch

Erscheinungsdatum

13.12.2011

Verlag

Springer Berlin

Seitenzahl

340

Maße (L/B/H)

21/14.8/2 cm

Gewicht

476 g

Auflage

Softcover reprint of the original 1st ed. 1998

Sprache

Deutsch

ISBN

978-3-642-72067-3

Beschreibung

Produktdetails

Einband

Taschenbuch

Erscheinungsdatum

13.12.2011

Verlag

Springer Berlin

Seitenzahl

340

Maße (L/B/H)

21/14.8/2 cm

Gewicht

476 g

Auflage

Softcover reprint of the original 1st ed. 1998

Sprache

Deutsch

ISBN

978-3-642-72067-3

Herstelleradresse

Springer-Verlag KG
Sachsenplatz 4-6
1201 Wien
AT

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  • 1 Optische Wellen.- 1.1 Einige Grundbegriffe der Wellenlehre.- 1.1.1 Ebene harmonische Wellen.- 1.1.2 Phase einer Welle; Phasenänderung längs einer Wegstrecke und innerhalb einer Zeitspanne.- 1.1.3 Phasengeschwindigkeit und Ausbreitungskonstante.- 1.1.4 Wellenlänge.- 1.1.5 Wellengruppen und Gruppengeschwindigkeit.- 1.2 Elektromagnetische Wellen.- 1.2.1 Mathematische Beschreibung.- 1.2.2 Transversale und longitudinale Feldanteile; Wellenbezeichnungen.- 1.2.3 Polarisation.- 1.2.4 Intensität und Leistung.- 1.2.5 Komplexe Notation.- 1.2.6 Freie Wellenausbreitung in Vakuum.- 1.3 Licht als elektromagnetische Welle.- 1.3.1 Frequenzmässige Einordnung.- 1.3.2 Phasengeschwindigkeit in Materie, Brechungsindex.- 1.3.3 Gruppengeschwindigkeit in Materie, Gruppenbrechungsindex.- 1.3.4 Kohärenz realer optischer Wellen.- 1.3.5 Strahlenmodell der Lichtausbreitung.- 2 Lichtwellenleiter.- 2.1 Dielektrische Wellenleiter.- 2.2 Lichtwellenleiter in Faserform.- 2.2.1 Einteilung nach dem Brechzahlprofil.- 2.2.2 Einteilung nach der übertragbaren Modenvielfalt.- 2.3 Integriert-optische Lichtwellenleiter.- 2.3.1 Streifenleiter mit aufgesetzten oder versenkten Streifen.- 2.3.2 Streifenleiter mit Höhenprofilierung eines Kernfilms (Rippenleiter).- 2.3.3 Funktionstypen und Substratmaterialien.- 3 Geometrisch-optische Lichtwege in LWL.- 3.1 Strahlenoptische Lichtwege im Stufenindex-LWL.- 3.1.1 Reelle Totalreflexion an einer Trennfläche.- 3.1.2 Prinzip der Lichtführung im Filmwellenleiter mit Stufenprofil.- 3.1.3 Lichtausbreitung in gebogenen LWL.- 3.2 Prinzip der Lichtfuhrung in Gradientenindex-LWL mit parabolischem Brechzahlprofil.- 3.2.1 Virtuelle Totalreflexion.- 3.2.2 Lichtwege in Filmwellenleitern mit Parabelprofil.- 3.3 Übertragung auf rotationssymmetrische Faser-LWL.- 3.3.1 Meridionalstrahlen, schiefe Strahlen, Helixstrahlen.- 3.3.2 Akzeptanzwinkel, Akzeptanzkegel, numerische Apertur.- 4 Berücksichtigung der Wellennatur des Lichtes.- 4.1 Stufenprofil-Filmwellenleiter.- 4.1.1 Stehwellen.- 4.1.2 Interferenz bei mehrfacher Totalreflexion: charakteristische Gleichung.- 4.1.3 Moden.- 4.1.4 Evaneszente Felder und Intensitäten.- 4.1.5 Modenverhalten bei Biegung des LWL.- 4.2 Gradientenindex-Filmwellenleiter mit Parabelprofil.- 4.3 Übertragung auf rotationssymmetrische Faser-LWL und auf integriert-optische LWL.- 5 Exakte Berechnung der Lichtausbreitung.- 5.1 Faser-LWL mit Stufenprofil.- 5.1.1 Entwicklung einer Wellendifferentialgleichung aus den Maxwell’sehen Gleichungen.- 5.1.2 Geführte Moden als Lösung der „reduzierten“ Differentialgleichung.- 5.1.3 Lösungsversuch: LP-Moden (Moden mit einheitlich in derselben Richtung linear polarisierten Feldern).- 5.1.4 LP-Modenbilder in Stufenprofilfasern.- 5.1.5 Strahlungsmoden und Leckmoden.- 5.1.6 Kern-Mantel-Leistungsaufteilung, Moden-cutoff.- 5.1.7 Übergang zur Einmodigkeit, Gauss’sche Näherung für LP01.- 5.1.8 Modenberechnung bei Verzicht auf einheitliche lineare Polarisation.- 5.2 Modenfelder in Gradientenprofilfasern.- 5.3 Modenfelder in integriert-optischen Lichtwellenleitern.- 6 Einige Grundlagen der optischen Nachrichtenübertragung.- 6.1 Anaolge und digitale Signale.- 6.2 Nachrichtenübertragung in Trägerfrequenztechnik.- 6.2.1 Analoge Übertragung.- 6.2.2 Binäre digitale Übertragung.- 6.2.3 Optische Wellen als Nachrichtenträger.- 6.2.4 Übertragungsgeschwindigkeit.- 6.3 Der Einfluss des Rauschens.- 6.3.1 Signal-Rausch-Verhältnis.- 6.3.2 Abnahme des Signal-Rausch-Verhältnisses durch Laufzeitunterschiede.- 6.3.3 Ursachen der Laufzeitunterschiede: Dispersion.- 6.4 Systemkenngrössen für die Übertragung von leistungsmoduliertem Licht.- 7 Verluste in Lichtweilenleitern.- 7.1 Quantitative Erfassung der Dämpfung.- 7.2 Dämpfung in Glasfaser-LWL.- 7.2.1 Intrinsische Verluste: IR-Absorption, Rayleighstreuung.- 7.2.2 Extrinsische Verluste: Absorption durch Verunreinigungen, Makrobiegung der Faser.- 7.2.3 Modenabhängigkeit der Dämpfung.- 7.2.4 Intrinsische Dämpfung in LWL aus Sulfidglas oder Fluoridglas.- 7.3 Dämpfung in POF-Fasern.- 7.4 Dämpfung in integriert-optischen LWL.- 8 Modenlaufzeitunterschiede (Modendispersion).- 8.1 Laufzeiten nach dem Strahlenmodell in Stufenprofil- und Gradientenprofilfasern.- 8.1.1 Strahlenoptische Laufzeiten im Stufenprofil.- 8.1.2 Strahlenoptische Laufzeiten im Parabelprofil.- 8.2 Exakte Theorie der Modenlaufzeiten von LP-Moden.- 8.2.1 Stufenindex-LWL.- 8.2.2 Gradientenindex-LWL mit Potenzprofil.- 8.2.3 Profiloptimierung.- 9 Einfluss der spektralen Breite der Lichtquelle: chromatische Dispersion.- 9.1 Mathematische Beschreibung.- 9.1.1 Beiträge zur chromatischen Dispersion, Dispersionskoeffizienten.- 9.1.2 Dispersionsnullstelle und dispersionsverschobene Faser.- 9.1.3 Verbesserung des Dispersionsverlaufes von Einmodenfasern durch W-Profile.- 9.2 Abschätzung der durch chromatische Dispersion verursachten Laufzeitunterschiede.- 10 Impulsverbreiterung und 3-dB-Grenzfrequenz.- 10.1 Impulsübertragung.- 10.1.1 Pulsantwortfunktion und das Problem der Leistungsaddition.- 10.1.2 Quantitative Erfassung der Impulsverbreiterung.- 10.1.3 Impulsverbreiterung einer Einmodenfaser.- 10.1.4 Impulsverbreiterung einer Vielmodenfaser.- 10.2 Analogübertragung.- 10.2.1 Bandbreite einer Einmodenfaser.- 10.2.2 Bandbreite einer Vielmodenfaser.- 10.3 Dispersion im Datenblatt; Bandbreite-Länge-Produkte.- 10.3.1 Einmoden-LWL.- 10.3.2 Vielmoden-LWL.- 11 Grenzen optischer Übertragungssysteme durch Dämpfung und Dispersion.- 11.1 Analoge Übertragung.- 11.2 Digitale Übertragung (PCM-Übertragung).- 12 Messwerterfassung mit Lichtwellenleiter-Sensoren.- 12.1 Einige Grundbegriffe der Sensorik.- 12.2 Einteilung der Sensoren.- 12.3 Optische Sensorik mit Lichtwellenleitern.- 12.3.1 Extrinsische LWL-Sensoren: LWLinSensoren.- 12.3.2 Intrinsische LWL-Sensoren: LWLalsSensor.- 12.3.3 LWL in hybriden Sensoren.- 13 Beispiele extrinsischer optischer Sensoren.- 13.1 Füllstandsanzeiger.- 13.2 Abstandssensor durch Phasenlaufzeitmessung.- 13.3 Temperatursensor.- 13.4 Polarisationssensor (Polarimeter).- 13.4.1 Aufbau und Wirkungsweise.- 13.4.2 Mathematische Behandlung.- 13.4.3 Erzeugung linearer Doppelbrechung am Beispiel des elastooptischen Effektes und des Kerr-Effektes.- 13.4.4 Querempfindlichkeit und optische Gleichtaktunterdrückung.- 14 Intrinsische Sensoren mit Standardfasern.- 14.1 Mikrobiegungssensor.- 14.2 Sensorwirkung durch Abänderung der Mantelbrechzahl.- 14.3 Evanescent field sensor.- 14.4 „Verteilte“ Intensitätssensoren und OTDR-Auswertung.- 14.5 Sensoren mit Bragg-Gitter im Glasfaserkern.- 15 Polarisationscharakteristik von Faser-LWL.- 15.1 Polarisation in Vielmodenfasern.- 15.2 Polarisation in Standard-Einmodenfasern.- 15.3 Fasern mit modifiziertem linearen Polarisationsanteil.- 15.3.1 Fasern mit reduzierter eigener linearer Anisotropie (LoBi fiber).- 15.3.2 Fasern mit verstärkter eigener linearer Anisotropie (HiBi fiber).- 15.3.3 Polarisationsmodenkopplung.- 15.3.4 HiBi-Fasern als Polarisatoren.- 15.4 Fasern mit modifiziertem zirkularen Polarisationsanteil.- 16 Intrinsische faseroptische Polarimeter.- 16.1 Einbringen zusätzlicher linearer Anisotropie.- 16.2 Einbringen zusätzlicher zirkularer Anisotropie.- 17 Interferometrische Sensoren: Grundlagen.- 17.1 Sensorik durch Änderung optischer Weglängen.- 17.2 Messung von Phasendifferenzen mit Zweistrahlinterferometern.- 17.3 Zweistrahlinterferometer als Sensor.- 17.4 Anforderungen an die Lichtquelle.- 17.5 Lichtwellenleiter in Zweistrahlinterferometern.- 18 Sensoren mit LWL-Interferometern nach Mach-Zehnder und nach Michelson.- 18.1 Mach-Zehnder-Interferometer als Sensor.- 18.1.1 Interferometeraufbau und Sensorkennlinie.- 18.1.2 Linearisierung der Kennlinie durch aktive Rückkoppelung.- 18.1.3 Einsatzmöglichkeiten.- 18.2 Michelson-Interferometer als Sensor.- 18.2.1 Interferometeraufbau und Sensorkennlinie.- 18.2.2 Linearisierung der Kennlinie durch Phasenmodulation.- 19 Faseroptisches Sagnac-Interferometer als Drehratensensor.- 19.1 Aufbau des Interferometers.- 19.2 Sagnac-Effekt.- 19.3 Berechnung des Phasen Versatzes infolge Rotation.- 19.4 Technische Realisierung; Linearisierung der Kennlinie.- 19.5 Einsatz von Sagnac-Drehratensensoren.- A1 Anhang: Sellmeier-Beschreibung der Wellenlängenabhängigkeit der Brechzahl.- A2 Anhang: Zentrum und effektive Breite eines Zeitpulses bzw. einer Spektrallinie.- A3 Anhang: Polarisation von Licht.- A4 Anhang: Mathematische Beschreibung der Polarisation mit dem Jones-Formalismus.- A4.1 Jones-Vektoren.- A4.2 Polarisationsoptische Bauelemente und Jones-Matrizen.- A4.2.1 Linearpolarisator.- A4.2.2 Linearer Retarder (lineare Doppelbrechung, lineare optische Anisotropie).- A4.2.3 Zirkularer Retarder (zirkuläre Doppelbrechung, zirkuläre optische Anisotropie).- A4.2.4 Eigenzustände polarisationsoptischer Bauelemente.- A5 Anhang: Vereinfachte mathematische Beschreibung von Kopplern mit Einmoden-LWL.- A6 Anhang: Transversaler Pockels-Effekt (transversaler linearer elektrooptischer Effekt).- Literaturvierzeichnis.