Optische Nachrichtentechnik

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1 Eberhard Herter / Martin Graf Optische Nachrichtentechnik mit 184 Bildern Carl Hanser Verlag München Wien

2 Inhaltsverzeichnis Vorwort 9 1 Einführung 11 2 Das nachrichtentechnische Umfeld Nachrichtentechnik und Informationstheorie Analoge und digitale Übermittlung Aufgaben von Modulation und Codierung Von der elektrischen zur optoelektrischen Übertragung Nachrichtennetze und Vermittlungsprinzipien Digitale Multiplexsysteme Teilnehmeranschluß im ISDN und B-ISDN Asynchronous Transfer Mode (ATM) und Fast Packet Switching (FPS) 24 3 Einige physikalische Grundlagen Einführung Licht als Welle Wellenoptik Holografie Geometrische Optik Licht als Teilchen Bändermodell und Besetzungswahrscheinlichkeit Wechselwirkungen zwischen Atom und Strahlung Laserprinzip Optisch gepumpte Laser LED und Halbleiterlaser Streuung (Brillouin- und Ramanstreuung) Kleines Lexikon physikalischer Begriffe 40 4 Komponenten der optischen Nachrichtentechnik Einführung Lichtwellenleiter (LWL) Fasertypen und Eigenschaften Mehrmodenfasern (MM-Fasern) Einmodenfasern (SM-Fasern) Übertragungseigenschaften Dispersion Dämpfung eines LWL Modenkopplung Fasernichtlinearitäten LWL-Kabel Sender Allgemeines Lichtemittierende Diode (LED) Laser-Diode Der Resonator im Halbleiterlaser 54

3 6 Inhaltsverzeichnis 4.4 Empfänger (optoelektrische Wandler) PIN-Photodiode Avalanche-Photodiode (APD) Empfängerprinzipien Verbindungstechniken Allgemeines Kopplung und Verluste Optische Spleiße Optische Steckverbindungen Einige spezielle Komponenten Übersicht Frequenzselektive Bauelemente Polarisatoren Verzweiger und Wellenlängenmultiplexer Dämpfungsmessungen an Glasfasern Einkoppelbedingungen Zweipunktverfahren (Durchgangsmessung) Rückstreuverfahren OTDR 72 5 Optische Übertragung auf Lichtwellenleitern Übersicht Übertragung mit Intensitätsmodulation Einige Eigenschaften der optischen Übertragungsstrecke Vorteile des Lichtwellenleiters Bandbreite Grenzen vierpoltheoretischer Betrachtungen Verbesserungsversuche zur Modulation Störungen bei optischen Übertragungen o Vergleich mit den Störungen auf Kupferleitungen Rauschbeiträge bei optischer Übertragung Kohärenter Empfang Begriffsbestimmungen anhand elektrischer" Übertragungsverfahren Probleme und Lösungswege bei kohärenten optischen Übertragungsverfahren Systembeispiele Optische Multiplexbildung und Richtungstrennung Solitonen Übertragungsverfahren mit Unterstützung durch die Dispersion (DST) Systemplanung Übliche Aufgabenstellungen Einige grundlegende Zusammenhänge Planungshilfsmittel 89 6 Nachrichtennetze auf LWL-Basis Einführung LAN/MAN der 2. Generation Übersicht : FDDI DQDB LAN/MAN der 3. Generation Einführung Beispiele aktueller Verfahren der Hochleistungs-Rechnerkommunikation über LWL SerialHIPPI 97

4 Inhaltsverzeichnis Fibre Channel (FC) Ausblick SONETundSDH ATM und Breitband-ISDN 99 7 An der Schwelle zur zukünftigen Optischen Nachrichtentechnik Bestandsaufnahme der optischen Übertragung Vorbemerkung Übertragung auf Lichtwellenleitern Terrestrische Freiraumübertragung Drahtlose Lokale Netze ( Wireless LAN") Optische Übertragung im Weltraum Motivation für eine optische Nachrichtentechnik Optoelektronische Integration (OEIC) Ein einführendes Beispiel Motivationen für OEIC Stand der Technik und Realisierungsbeispiele Optische Verstärker Einführung Halbleiterverstärker " Faserverstärker Verstärkungseffekte in undotierten Glasfasern Erbiumdotierte Faserverstärker (EDFA) Halbleiter-und Faserverstärker im Vergleich Optische Modulatoren Einführung Lasermodulatoren DFB-Laser MQW-Laser(Multiple-Quantum-Well-Laser) Interne und externe Modulation Y-Laser Passive Modulatoren Mach-Zehnder Modulator SEED (Self-Electrooptic Effect Device) Optisch gesteuerte Modulatoren Elektrisch gesteuerte Modulatoren Räumliche Lichtmodulatoren Flüssigkristallmodulatoren Smart Pixel EARS (Exciton Absorption Reflection Switch) (MQW-Smart Pixel) Smart Pixel auf VCSEL-Basis (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) VSTEP (Vertical To Surface Transmission Electro-Photonic Device) LAOS (Light Amplifying Optical Switch) Optische Vermittlung Einführung Wesentliche Grundstrukturen Vermittlung mit Wellenleiter-Bauelementen Freiraum-Vermittlung Systembeispiele...' 146

5 8 Inhaltsverzeichnis Vermittlungsbeispiel mit Smart Pixel aus VCSEL's Vermittlungsprinzip mit gegenwärtigen Komponenten für ATM Vermittlungsbeispiel: ATM-Schalter mit Selbsthaltefunktion Der opto-elektronische Pufferspeicher Die Schaltmatrix mit Selbsthaltekreis Ausblick auf die weitere Entwicklung Verbindungstechnik und Integration Optische Speicher Einführung Optische Speicherelemente Optische Plattenspeicher Übersicht Aufzeichnungsmethoden Speichertechnologie Aufbau optischer Speicherplatten Aufbau des Schreib-/Lese-Kopfes Einsatzgebiete heutiger Plattenspeicher Weiterführende Entwicklungen Optische Computer Einführung Optische Computersysteme Hardware Glasfaser bis zum Teilnehmer - Fiber To The Home (FTTH) Einführung Das OPAL-System Netzarchitektur Übertragungsverfahren Schnittstellen zur Vermittlung OPTOPORT-DS: Ein Glasfaserübertragungssystem für Breitbandverteildienste Systemübersicht Übertragungsverfahren Systemkennwerte Netzbeispiel Abschließende Bemerkungen 181 Literaturverzeichnis 182 Sachwortverzeichnis 190