Komponenten, Aufbau und Funktionsweise einer. Glasfaserdatenübertragung

Transkript

1 Komponenten, Aufbau und Funktionsweise einer Folie 1

2 Folie

3 Optische Kommunikation (1) 1880 Photophon (Graham Bell) Sonnenlicht Spiegel Halbleiter Lautsprecher Änderung der Lichtstärke Übertragung von der Lichtstärke Licht-Strom Wandlung Folie 3

4 Optische Kommunikation () Übertragung von Daten mit der Hilfe vom Licht In jetzigen Technologien sind die Daten in der Form von der zeitlichen Änderung des elektrischen Stroms beschrieben. Strom (I) Spannung (U) Zeit Optische Kommunikation ist: Strom-Licht Wandlung Änderung der Lichtstärke Licht-Strom Wandlung Folie 4

5 Glasfaser ist ein Mittel, durch das Lichtsignale weiter übertragen werden. Durch die Glasfaser wird die Änderung der Lichtstärke von einem Datensender zu einem Datenempfänger übertragen. Baukomponente: (1) E/O Wandler, () Glasfaser, (3) O/E Wandler Computer Telefon Gerät Internet- Of-Things Elektro- Optische Wandler 1 Glasfaser Optische -Elektro Wandler 3 Computer Telefon Gerät Internet- Of-Things (Datensender) (Datenempfänger) Folie 5

6 Baukomponente (1) Computer Telefon Gerät Internet- Of-Things Elektro- Optische Wandler 1 Glasfaser Optische -Elektro Wandler 3 Computer Telefon Gerät Internet- Of-Things (Datensender) (Datenempfänger) Folie 6

7 Strom/Spannung Lichtstärke Elektro-optische Wandler (E/O) Eine elektronische Komponente, um elektrische Signale zu Lichtsignale umzuwandeln. zeitlich wechselnde Strom/Spannung zeitlich wechselnde Lichtstärke Infrarot Laserdioden sind als E/O Wandler verwendet. Zeit Zeit Folie 7

8 Elektro-optische Wandler (E/O) Zwei Sorten vom Laserdiode: DFB Laser, FB Laser Sorten Licht Vorteil Nachteil Distributed FeedBack Laser Fabry-Perot Laser Wellenlänge vom Laser Wellenlänge eine Wellenlänge Schnellere Datenübertragung Über längere Entfernungen mehrere Wellenlängen Passende Glasfaser 1.3 mm, 1.55 mm Singlemode Faser 850 nm Multimode Faser Teurer Kostengünstig Langsamere Datenübertragung Über kürzere Entfernungen Folie 8

9 Baukomponente () Computer Telefon Gerät Internet- Of-Things Elektro- Optische Wandler 1 Glasfaser Optische -Elektro Wandler 3 Computer Telefon Gerät Internet- Of-Things (Datensender) (Datenempfänger) Folie 9

10 Glasfaser Mittel für die Übertragung des Lichtes Ein langes, dünnes Stück vom Glas ist als Glasfaser benannt. Licht propagiert in einer Glasfaser. Die Änderung von der Lichtstärke wird durch die Glasfaser übertragen. Folie 10

11 Brechungsgesetz Der Brechungsindex von 1 und : n 1, n. Einfallendes Licht an der Grenzfläche wird im Medium gebrochen und im Medium 1 reflektiert. Das Verhältnis zwischen dem Einfallswinkel des Lichtes q 1 und dem Brechungswinkel q ist gegeben als sinq1 sinq Der Brechungswinkel ist dann sinq n n n n 1 1 sin q 1 Medium Medium 1 q 1 q Folie 11

12 Totalreflexion Wenn der Brechungswinkel 90 O ist, sin 90 O 1 Licht wird nicht im Medium gebrochen und an der Oberfläche zurück im Medium 1 reflektiert. Dieser Winkel q c ist als kritischer Winkel benannt. q c sin 1 n n n n 1 1 sinq c Medium Medium 1 q c Brechungsindex für die Totalreflexion: n < n 1 Folie 1

13 Aufbau der Glasfaser Glaserfaser wirkt als Lichtwellenleiter. Brechungsindex vom Mantel < Brechungsindex vom Faserkern. An der Grenze zwischen dem Glasfaserkern und dem Mantel wird das Licht durch die Totalreflexion zurück ins Glas reflektiert. Das Licht von der Laserdiode wird durch mehrere Reflektionen in der Glasfaser übertragen. Mantel (Cladding) Totalreflektion Glasfaserkern Mantel (Cladding) Folie 13

14 Zwei Sorten: Singlemode und Multimode Faserkern Faserkern: Quarzglas Glasfaserkern Sorten Aufbau Mode Vorteil Singlemode 9. mm 15 mm Schnellere Datenübertragung Über längere Entfernungen (10 km) Multimode 50/6.5 mm 15 mm Kostengünstig Über kürzere Entfernungen (0.5-1 km) Folie 14

15 Übertragene Wellenlenge für Glasfaser Sorten Singlemode Multimode Wellenlenge vom Laserdioden 1.3 mm 1.55 mm 850 nm Das Material vom Glasfaserkern ist so optimiert, dass das Licht mit der übertragenen Wellenlenge über lange Entfernung ohne dem Verfall der Lichtstärke übertragen werden kann. Dafür werden die passende Laserdiode verwendet. Folie 15

16 Baukomponente (3) Computer Telefon Gerät Internet- Of-Things Elektro- Optische Wandler 1 Glasfaser Optische -Elektro Wandler 3 Computer Telefon Gerät Internet- Of-Things (Datensender) (Datenempfänger) Folie 16

17 Lichtstärke Strom/Spannung Optische-Elektro Wandler (O/E) Eine elektronische Komponente, um Lichtsignale zu elektrischen Signalen umzuwandeln. zeitlich wechselnde Lichtstärke zeitlich wechselnde Strom/Spannung Photodioden sind als O/E Wandler verwendet. Zeit Zeit Folie 17

18 Empfindlichkeit Optische-Elektro Wandler (O/E) Photodiode Halbleiter Diode, die Licht durch den inneren Photoeffekt in einen Strom umwandelt. InGaAs Photodioden für mm ( nm) Si Photodioden für 850 nm Wellenlänge (nm) Folie 18

19 Elektro- Optische Wandler 1 Zusammenfassung Glasfaser Optische- Elektro Wandler 3 Laserdiode Glasfaser Photodiode Folie 19

20 Ende Folie 0