Funktionsprinzipien: Prinzipieller Aufbau eines optischen Ubertragungssystems. ;I~~+I:

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1 LWL KOMPONENTEN UNO 1HRE ANWENOUNG W. Hojas Siemens AG Abt. N SI KOMP V LWL V Hofmannstr MOnchen 70 ZUSAMMENFASSUNG: Oie Vorteile, die eine Ubertragung Ober Galsfaser bietet, fohrte zu einer Nachfrage und Entwicklung von Lichtwellenleiter-Komponenten for teilweise recht unterschiedliche Anwendungen. Komponenten sind die SchlOsselbausteine jeder Anlage. Vielfalt und Grundeigenschaften einiger dieser Komponenten soll aufgezeigt werden. Funktionsprinzipien: Prinzipieller Aufbau eines optischen Ubertragungssystems. Sender Verbildungselement Empfilnger Vrxver- Send&-. I Empfangs- "1; :r ;I~~+I: <1>'0 <1>5 <1>, <l>e 11 11n nn. 11 '-v-' ', ' '-v-' Elektnsches Einkoppel- Verluste von Kabel Auskoppe~ Elektrisches Signal veriust und Verbindungsstelle veriust Signal Oie dem Sender zugefohrten elektrischen Signale werden in optische Signale umgesetzt (0 eo) und Ober z. B. eine Steck- Redaktionskomitee der ME 85, Mikroelektronik in Österreich Springer-Verlag/Wien 1985

2 198 verbindung in eine LWL-Leitung eingekoppelt (0S). Aufgrund der Einkopplungsverluste, der Leitungsdampfung und der evtl. vorhandenen Verbindungselemente bzw. SpleiGe steht am Ende der Leitung eine auszukoppelnde optische Strahlungsleistung (0 A), welche dem Empfanger zur VerfOgung steht und von diesem in elektrische Signale umgewandelt wird. Profile und Eigenschaften von Lichtleitfasern A) Mehrmodenfaser mit Stufenprofil Bei diesem Fasertyp wird das Licht durch Totalreflexion an der Grenzflache zwischen Kern und Mantel der Glasfaser gefohrt. Dieser Fasertyp eignet sich je nach Kernquerschnitt for Ubertragungsbandbreiten zwischen 10 und 50 MHz x km. Typische Kerndurchmesser dieser besonders for industriellen Einsatz geeigneten Faser sind 100 ~m, 200 ~m, 400 ~m und 600 ~m. B) Einmodenfaser mit Stufenprofil Wie schon der Name sagt, ist in diesem Fasertyp nur ein Mode, der Mode niedrigster Ordnung ausbreitungsfahig. Man spricht hier auch von einer WellenfOhrung in der Faser. Die Bandbreite geht bis weit in den GHz x km-bereich. Der Kerndurchmesser einer Einmodenfaser betragt 5 bis 10 ~m. FOr industrielle Anwendungen hat diese Faser z. zt. wenig Bedeutung. Der Grund dafor ist, das im angesprochenen Problemkreis keine derartigen Bandbreiten auftreten. Ganz abgesehen davon, das die Anforderungen an Koppelelmente, wie Steckverbinder, nur mit gro8em Aufwand losbar und keinesfalls wirtschaftlich waren. Als Sender kommt for diese Faser nur der Laser in Frage, da eine LED wegen ihrer Strahlcharakteristik nicht genogend "Licht" in die Faser einkoppelt. Ihren Ubertragungseigenschaften entsprechend, bei extrem hoher Bandbreite, kann diese Faser in der Breitbandkommunikation zum Einsatz kommen. Typischer Anwendungsfall dieser

3 199 Faser findet man in postalischen Ubertragungssystemen. C) Mehrmodenfaser mit Gradientenprofil Hier wird das Licht durch Brechung in der Faser gefuhrt. Die Bandbreite einer derartigen Faser liegt uber 1 GHz x km. Fur Ubertragungsstrecken grober Lange und in Verbindung mit schnellem Datentransfer, kann der Einsatz einer Gradientenfaser auch im industriellen Bereich erforderlich seine Optische Steckverbinder Optische Steckverbinder dienen dazu, eine leicht losbare, reproduzierbare und dampfungsarme Verbindung zwischen den einzelnen Systemkomponenten Sender, LWL-Kabel, Empfanger und Verzweigern herzustellen. Auch Durchfuhrungen und Verlangerungen von LWL-Kabeln werden aus zwei Steckverbindern und einem Verbindungselement aufgebaut. Optische Steckverbinder konnen bezuglich ihrer Wirkungsweise in zwei Gruppen unterteilt werden. Die erste Gruppe beruht auf dem Prinzip der Stirnflachenkopplung und die zweite Gruppe auf dem Prinzip der optischen Abbildung mittels Linsen. Der optische Steckverbinder ist in der Kette der Bauteile eines optischen Ubertragungssystemes ein Glied, an das hohe Anforderungen gestellt werden. Der Steckverbinder fur industrielle Anwendungen sollte ein optimum hinsichtlich Montageaufwand (Konfektionierung der LWL-Kabel mit Steckern), Leistungsdaten und Produktionskosten seine Fur den Anwender ist es wicntig, nicht zuletzt wegen der Sicherstellung einer Second Source, dab der in Frage kommende Steckverbinder einer Norm entspricht, die eine festgelegte Qualitat und Kontinuitat in der Lieferfahigkeit ga-

4 200 rantiert. Ein umfassendes Angebot an Steckverbindern fur optische Datenubertragungsanlagen befindet sich bereits auf dem Weltmarkt. Es reicht von Hartmetall-Einmoden-Steckverbinder fur Weitverkehrssysteme uber Me~allsteckverbinder fur Mehrmodenglasfasern bis zu LWL-Mehrmoden-Kunststoffsteckern fur Plastikfasern die fur kurze Strecken im industriellen Bereicn eingesetzt werden. Beispiele einiger LWL-Steckverbinder Um Steckverbinder an LWL-Kabeln anzubringen, stehen Montagekoffer mit reichhaltigem Zubehor zur Yerfugung. Wandler Wandler, bestehend aus Sende- oder Empfangsdiode und Gehausekuppler, lassen sich problemlos in anwenderspezifische Sender und Empfanger einbauen. Sie bilden die mechanische Nahtstelle zu Lichtwellenleiterkabeln. Die Sende- und Empfangsdioden sind meist in ein Metallgehause eingebaut und arbeiten bei nm. Sie sind unter anderem, fur Steckverbinder passend, in DIN oder SMA-Ausfuhrung erhaltlich. Wandler zeichnen sich durch hohe Sendeleistungen bzw. gr05-

5 201 se Eingangsempfindlichkeit bei kleinen Dunkelstr6men aus. Beispiele optoelktrisch- elektrooptische Wandler Systeme Als aktive Komponenten stehen Sender und Empfangermodule zur verfugung, die bei einer Wellenlange von 830 nm nm und einer Betriebsspannung von 5 V arbeiten und je nach Ausfuhrung auch mit automatischer Signalauffrischung ausgestattet sein k6nnen. Ihre Schrittgeschwindigkeit reicht bis zu 200 MBd. Ihr Einsatz ist vorzugsweise in Systemen vorgesehen, die mit der Gradientenfaser G 50/125 bzw. G 100/140 ~m ausgerustet sind, wobei u. a. zwischen DIN Steckverbindern mit 2,5 mm Stiftdurchmesser und SMA-Steckverbindern gewah1t werden kann. Es k6nnen Ubertragungsstrecken bis zu einigen km erreicht werden. Beispie1e fur LWL-Ubertragungsmodu1e

6 202 Dptische Verzweiger Sobald Ober eine Faser "Nachrichten" in zwei Richtungen Ober tragen oder mehrere Sender und Empfanger in einer Busstruktur vereinigt werden sollen bzw. optische Signale an mehrere Teilnehmer weitergeleitet werden, kommen optische VerzweigeI,zur Anwendung. Ourch die Verwendung z. B. eines halbdurchlassigen Spiegels als Strahlteiler, konnen sowohl wellenlangeabhangige (Wellenlangenmultimplexer/Oemultiplexer) bzw. wellenlangenunabhangige Verzweiger (3-Tor-verzweigerISternkoppler) gefertig1 werden. Strahlteiler weisen niedrige EinfOgungsdampfungen bl geringen Ubersprechen auf und stehen mit unterschiedlichen Teilungsverhaltnissen in den AusfOhrungen mit Flansch und Pigtail zur VerfOgung. Eine weitere Moglichkeit optische Si gnale umzuleiten bietet das LWL-Relais in den verschiedenst, Konfigurationen. Beispiele for 3-Tor-Verzweiger, WOM, sternkoppler una Relais Wellenlangenmultiplexe