Elemente optischer Netze

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1 Vieweg+TeubnerPLUS Zusatzinformationen zu Medien des Vieweg+Teubner Verlags Elemente optischer Netze Grundlagen und Praxis der optischen Datenübertragung Erscheinungsjahr Auflage Kapitel 8 Bilder für den download Volkmar Brückner

2 Autor Buchtitel Vieweg+TeubnerPLUS Zusatzinformationen zu Medien des Vieweg+Teubner Verlags - Energie E E 3 P1 = 148 nm P2 = 98 nm nichtstrahlender Übergang E 2 E 1 Abb 8-1 Energieschema von Er3+-dotiertem Silikatglas 98 nm 148 nm 153 nm Verstärkungsbereich /nm Abb 8-2 Absorptions- (- - -) und Emissionsspektrum ( ) von Er 3+ -Ionen in Glasfasern g/db /nm Abb 8-3 Verstärkungsspektrum in Er 3+ -dotierten Glasfasern g/db 3 Verstärkungssättigung 2 1 Punkt 1 P/mW Abb 8-4 Abhängigkeit der Verstärkung von der Pumpleistung g(4p ) g L g(p ) Faserlänge L g(2p ) Absorption Abb 8-5 Zur Modellierung der Verstärkung in einem EDFA Vieweg+Teubner Verlag Wiesbaden 21

3 Ausgangsleistung g wachsende Pumpleistung L opt Lopt L opt Faserlänge L Abb 8-6 Abhängigkeit der Verstärkung von der Länge der EDFA-Faser p/dbm F*/dB 1 2 ohne Signal 5-2 mit Signal /nm (a) -4 (b) -2 p S /dbm Abb 8-7 Verstärkungsspektrum am EDFA-Ausgang (a) ohne bzw mit Eingangssignal und Rauschfaktorabhängigkeit vom Eingangssignal (b) Pegel 22 db ASE /nm Abb 8-8 Signal- und Rauschspektrum am Verstärkerausgang eines EDFA Er 3+ -Glas (a) 5 db Er 3+ -ZBLAN (b) 1,53 1,54 1,55 1,56 1,53 1,54 1,55 1,56 Wellenlänge (µm) (a) (b) Abb 8-9 Spektrum von 16 Kanälen nach viermaligem Verstärkerdurchlauf mit Er 3+ -dotiertem Glas (a) und ZBLAN (b)

4 Pumplaser ( p = 148 nm) Signallicht ( s = 155 nm) Koppler ptischer Isolator Filter Abb 8-1a Pumpen in Vorwärtsrichtung Pumplaser ( p = 148 nm) Koppler Signallicht ( s = 155 nm) ptischer Isolator Filter Abb 8-1b Pumpen in Rückwärtsrichtung Pumplaser ( p = 148 nm) Koppler Koppler Pumplaser ( p = 148 nm) Signallicht ( p = 155 nm) ptischer Isolator Filter Abb 8-1c Beidseitiges Pumpen (Vorwärts- und Rückwärtsrichtung) Si Si Si (a) (b) (c) Abb 8-11 Typen der Grundschwingungen in Si 2 virtuelles Energieniveau Stokes- Verschiebung Antistokes- Verschiebung h f h f S h f h f AS Schwingungsniveau elektronisches Energieniveau h f V h f V Abb 8-12 Raman-Effekt

5 g /nm Abb 8-13 Raman-Verstärkungsspektrum bei Pumpen mit = 1455 nm g (db) 2 mw R 2 Pump 1 mw (nm) Abb 8-14 Raman-Verstärkungsspektrum bei 1 bzw 2 mw Pumpleistung Pumplicht Raman gain Gesamt-Verstärkungsspektrum 145 /nm Abb 8-15 Raman-Verstärkungsspektrum bei synchronem Pumpen mit 1425 und 1455 nm DWDM-Signale ( nm) 25 km SMF ptischer Isolator Koppler Pumplaser ( p = 1455 nm) Filter Abb 8-16 Experimenteller Aufbau eines Raman-Verstärkers

6 -2 Pegel (dbm) verteilte Verstärkung Gesamtverstärkung effektive Verstärkung Faserlänge (km) Abb 8-17 Verteilte, effektive und Gesamtverstärkung im Raman-Verstärker Kontakt Licht g p-algaas p-gaas n-algaas Stirnfläche Kontakt + - aktive Zone verstärktes Licht g Stirnfläche Abb 8-18 Verstärkung im halbleiteroptischen Verstärker (SA) Halbleiter Faser 1 Faser 2 Elektrik Abb 8-19 Beispiel eines SA TE TE TM QW QW druckverspannt QW zugverspannt Abb 8-2 Normaler, druck- und zugverspannter Quanten-Well (QW)

7 Verstärkung (db) L = 98 µm 5 ma, 2 C 22 V / TE-Polarisation 16 TM-Polarisation Wellenlänge λ (nm) Abb 8-21 Verstärkungsspektrum in einem MQW für 2 Polarisationsrichtungen 2 g (db) TE TM 15 ma TE 1 ma TM TE 5 ma TM (nm) Abb 8-22 Stromabhängigkeit des Verstärkungsspektrums Faser n MU DEMU n Abb 8-23 Multiplexer und Demultiplexer

8 Eingangsspektrum transmittiertes Spektrum db 3 db reflektiertes Spektrum Schichten Substrat nm (a) (b) (c) Abb 8-24 Dünnschichtfilter (a), Transmissionskurve (b) und Anwendung als Demultiplexer (c) frequenzselektiver Arm 1 3 db Koppler 1 Richtkoppler Arm 2 Abb Fehler! Kein Text mit angegebener Formatvorlage im Dokument-1 Wellenleiter-Interferenzfilter 2 1 n Linse 1 (a) Faser Array (b) Beugungsgitter Abb 8-26 Transmissions- bzw Reflexionsbeugungsgitter (a) und Anwendung als Demultiplexer (b) s + g + h Spiegel s + h g g Abb 8-27 Fabry-Perot-Filter

9 r + g + b n H n L d g r + b g Abb 8-28 Wirkungsweise von Faser-Bragg-Gittern Wellenleiter InP Freiraumzonen Einkopplung Auskopplung Abb 8-29 Prinzip einer Phased-Array-Anordnung Wellenleiter Freiraumzone FRZ FRZ Abb 8-3 Phased-Array-Anordnung: praktische Beispiele

10 1 2 Polarisator 1 (a) 45 9 Polarisator 2 Lichtwelle hinlaufend rücklaufend Faser Magnetfeld H (b) YIG Abb 8-31 ptischer Isolator: Blockbild (a) und Aufbau (b) 1 2 (a) PBC 1 RP PBC 3 BWB A FR PR 3 BWB B 2 (b) 2 RP (c) Legende: PBC Polarisations-Strahlteilerwürfel, polarizing beamsplitter cube RP reflektierendes Prisma, reflector prism BWB doppelbrechender Trennblock, birefringent walk-off block FR Faraday-Dreher, Faraday rotator PR Phasenverschieber, phase retarder Abb 8-32 ptischer Zirkulator: Blockbild (a) und Aufbau von Zweig 1 -> 2 (b) und 2 -> 3 (c) Tor 1 Tor 2 ADM 3 3 Tor 3 Tor 4 Abb 8-33 Add-Drop-Multiplexer

11 DEMU MU DEMU MU Drop-Kanal Add-Kanal 8 Kanäle 8 Kanäle DEMU MU Abb kanaliger Add-Drop-Multiplexer mit 16 MEMS E1 S1 E2 S2 E Empfänger S1 S2 E2 E1 (a) S Sender (b) Abb 8-35 FADM (a) und RADM (b) Faser Faser 1 DEMU 1n 1n MU Faser N N1 M1 Faser M DEMU Nn Raumstufe Frequenzstufe Mn MU Abb 8-36 Wirkungsweise eines optischen Cross-Connectors

12 Eingangs- und Ausgangsfasern Spiegel MEMS Abb 8-37 Raumstufe eines 8x8 Cross-Connectors mit 3D-MEMS optische Daten elektrische Daten optische Daten S T A I D g LD Abb 8-38 Wirkungsweise eines 3R-Transponders