Optische Übertragungstechnik in der Praxis

Transkript

1 Christoph P. Wrobel Optische Übertragungstechnik in der Praxis Grundlagen, Komponenten, Installation, Anwendungen 2., überarbeitete Auflage Hüthig Verlag Heidelberg

2 1 Physikalische Grundlagen Optische Grundlagen Was ist Licht? Grundbegriffe der Optik Grundlagen der Halbleiter Der Atomaufbau Die Einteilung der Atome Das Bändermodell Spontane und stimulierte Licht-Emission Eigenhalbleiter und Fehlstellenhalbleiter Der pn-übergang 18 2 Lichtwellenleitertechnik Brechzahlprofile Das Stufenprofil Das Gradientenprofil Akzeptanzwinkel und numerische Apertur Strahlen im Lichtwellenleiter Meridionalstrahlen Schiefe Strahlen Helixstrahlen Moden in Lichtwellenleitern Geführte Moden Mantelmoden Leckmoden Modenrauschen Modenverteilungsrauschen Verluste Dämpfung Dispersion Kopplungsverluste Bandbreite-Länge-Produkt LWL-Typen Multimode-Glasfaser Monomode-Glasfaser Kunststoff-Faser PCS- / HCS -Faser Herstellung von Glasfasern MCVD-Verfahren 51

3 VIII Inhalt PCVD-Verfahren PICVD-Verfahren OVD-Verfahren VAD-Verfahren Faserziehen und Primärbeschichten Qualität von Lichtwellenleitern 56 3 Optische Übertragungstechnik Signalformen Digitales Signal Analoges Signal bei Audio-Übertragung Video-Signal Aufbau eines Übertragungssystems Modulation Leitungsüberwachung Sender Empfänger Multiplex-Übertragung Vorteile der optischen Übertragungstechnik Einsatzgebiete 73 4 Optische Verbindungstechnik Steckverbinder F-SMA LSA und LSB (DIN-Steckverbinder) FC/PC und FC/APC Bikonischer Steckverbinder (BAM) BFOC (ST ) SC MIC Kunststoff-Steckverbinder Linsenstecker VCS-Steckverbinder Neue Steckverbinder Hybrid-Steckverbinder LWL-Drehkupplung Bedingt lösbare Verbindungen Spleiß Klebespleiß Schmelzspleiß Lichtwellenleiter-Kabel Anforderungen an das LWL-Kabel Kabelaufbau nach DIN VDE

4 5.2.1 Allgemeine Bestimmungen Aufbau der Einzelader Aufbau der Bündelader Bezeichnungsschema Anordnung, Kennzeichnung, Zählweise Spezielle Kabelausführungen Kabelherstellung und Kabeleigenschaften Sekundärbeschichtung Verseilung Aufbringen von Zugelementen Ummantelung Sonderausführungen Sende- und Empfangselemente Sendedioden LED Laserdiode Kantenemittierende LED (ELED) Einkopplung in die Faser Empfangsdioden PIN-Fotodiode Lawinen-Fotodiode Bidirektionaler Transceiver Übersicht der Komponenten Vergleich zwischen LED und LD Kombination der Komponenten Optische Verstärker Der»ideale«Verstärker Physik des optischen Verstärkers Systemtechniken Problematik Optische Koppler und Schalter Gewünschte Eigenschaften eines Kopplers Charakteristische Kenngrößen Prinzipien für Abzweige Abzweige mit Stirnflächenkopplung Das Gabelprinzip Das Versatzprinzip Die Linsenkopplung Oberflächenkopplung Das Taper-Prinzip Abzweige mit gekrümmten Fasern Abzweige mit Gitterkoppler 151

5 7.6 Beurteilung der vorgestellten Prinzipien Optische Schalter Einsatzbereiche Baumstruktur Busstruktur Bidirektionale Übertragung Einsatz in der optischen Meßtechnik Wellenlängenmultiplexer - WDM Herstellung von Abzweigen (Integrierte Optik) Planung und Installation Strukturierte Verkabelung Hierarchien Topologien Auswahl der Systeme IP-Schutzarten Das Dämpfungsbudget Planung von Baumstrukturen Faserauswahl Auswahl der Steckverbinder Systemauswahl Verkabelung Transport und Lagerung Einziehen Verlegung im Erdreich Biegeradius Temperaturbereiche Verbindungsstellen Aufteilung von Bündelkabel Reparaturen an der Kabelinstallation Steckermontage Sicherheitshinweise Vorbereiten des Kabels Montieren des Steckers Spleißen Wartung Überwachung im Betrieb Anwendungen Meß- und Regeltechnik SERCOS-Interface Strahlenmessung in der Medizin Weitere nutzbare Eigenschaften 199

6 9.2 Schnittstellen V.ll-Übertragungssystem V.24-Übertragungssystem SCSI : Fibre-Channel Optobus Feldbusse CAN II/O-System Andere Feldbusse Lokale Netze - LAN Ethernet FDDI Token Ring Wireless LAN Reichweitenverlängerung bei IBM-Netzen Verbindung von LANs Brücke Router Switches Photonische Netze OPAL City-Netze CATV Fernnetze Sonstige Video-Übertragungssystem RGB Breitband-Übertragungssystem Optische Speicher Optische Meßtechnik! Anregungsbedingungen UMD-Anregung EMD-Anregung Dämpfungsmessung Dämpfungsmessung an Steckverbindern Rückflußdämpfung von Steckverbindern Dämpfungsmessung an Lichtwellenleitern Die Rückstreumessung Das Augendiagramm Bitfehlermessung und Signal/Stör-Abstand Messung der Basisbandbreite Sonstige Messungen 255

7 201 Inhalt Anhang 257 A.l Mathematischer Exkurs 257 Brechungsgesetz 257 Akzeptanzwinkel Numerische Apertur A N 258 Modendispersion 259 A.2 Marktübersichten 260 Steckverbinder 260 LWL-Fasern 261 Montage-Zubehör 261 Spleiße / Spleißgeräte 261 Verteilfelder, Verteilschränke 262 Koppler / Schalter 262 Dioden / Transceiver 262 OTDR 263»Handheld«-Meßgeräte 263 Analysatoren 263 Herstelleradressen 264 A.3 Abkürzungsverzeichnis 268 A.4 Verwendete Formelzeichen 270 A.5 Verwendete Normen 271 A.6 Quellen und weiterführende Literatur 273 Zeitschriften 274 A.7 Glossar 275 A.8 Sachregister 290