Lichtwellenleiter-Technik Dr. rer. nat. Prof. Dr.-lng. habil. Wolfgang Glaser Dipl.-lng. Christian Kutza Dr. sc. techn. Jurgen Labs Dr.-lng. Christina Manzke 7. Auflage Mit 201 Bildern und 50Tabellen Kontakt & Studium Band 596 Herausgeber: Prof. Dr.-lng. Dr.h.c. Wilfried J.Bartz Dipl.-lng. Elmar Wippler expertliljverlag
Inhaltsverzeichnis Vorwort Vorwort zur 7. Auflage 1 Grundlagen der Lichtwellenleiter-Technik 1 1.1 Physikalische Grundlagen der Lichtwellenleiter-Technik 1 1.1.1 Einleitung 1 1.1.2 Das Prinzip der optischen Informationsubertragung 1 1.1.3 Die Vorteile der Nachrichtenubertragung uber Lichtwellenleiter 3 1.1.4 Das elektromagnetische Spektrum 3 1.1.5 Signalausbreitung im Lichtwellenleiter 5 1.1.6 Dampfung im Lichtwellenleiter 8 1.1.7 Zusammenfassung 13 1.2 Lichtwellenleiter-Typen und Dispersion 14 1.2.1 Einleitung 14 1.2.2 Stufenprofil-Lichtwellenleiter und Modendispersion 14 1.2.3 Gradientenprofil-Lichtwellenleiter und Profildispersion 18 1.2.4 Parabelprofil-Lichtwellenleiter mit optimiertem Brechzahlprofil und Materialdispersion 24 1.2.5 Standard-Singlemode-Lichtwellenleiter und chromatische Dispersion 29 1.2.6 Singlemode-Lichtwellenleiter mit reduziertem Wasserpeak 38 1.2.7 Dispersionsverschobener Singlemode-Lichtwellenleiter 39 1.2.8 Cut-off shifted Lichtwellenleiter 40 1.2.9 Non-zero dispersion shifted Lichtwellenleiter 41 1.2.10 Non-zero dispersion shifted Lichtwellenleiter fur erweiterten Wellenlangenbereich 43 1.2.11 Polarisationsmodendispersion (PMD) 43 1.2.12 Alterung von Lichtwellenleitern 50 1.2.13 Zusammenfassung 57 1.3 Optoelektronische Bauelemente 58 1.3.1 Einleitung 58 1.3.2 Elektrooptische Wechselwirkungen im Halbleiter 58 1.3.3 Lumineszenzdioden 60 1.3.4 Laserdioden 62 1.3.5 Empfangerdioden 71 1.3.6 Zusammenfassung 75 1.4 Literatur 76
2 Losbare Verbindungstechnik von Lichtwellenleitern 77 Christian Kutza 2.1 Losbare Verbindungstechnik in optischen Ubertragungssystemen 77 2.1.1 Allgemeine Anforderungen an losbare Koppelstellen 78 2.1.2 Optisch ideale Koppelstellen 79 2.1.3 Kopplung von Multimode-Lichtwellenleitern 79 2.1.4 Kopplung von Singlemode-Lichtwellenleitem 81 2.2 Reale Koppelstellen 81 2.2.1 Multimode-Lichtwellenleiter-Kopplung 82 2.2.2 Singlemode-Lichtwellenleiter-Kopplung 84 2.2.3 Faser-Aktivelement-Kopplung 84 2.2.4 Ursachen optischer Verluste an losbaren Koppelstellen 87 2.2.5 Intrinsische Verluste 88 2.2.6 Extrinsische Verluste 89 2.3 Technologien fur losbare Lichtwellenleiter-Verbindungen 95 2.3.1 Ubersicht der Verbindungstechnologien 96 2.3.2 Optische Steckverbinder 96 2.3.3 Stecker mit direkter Steckerstirnflachenkopplung 98 2.3.4 Stecker mit Strahlaufweitung 98 2.3.5 Mehrfasersysteme " 2.3.6 Quasilosbare Verbindungen 101 2.4 Kenngroflen von losbaren optischen Koppelstellen 102 2.4.1 Optische Kenngrofien der Koppelstelle 103 2.4.2 Einfugedampfung 1 4 2.4.3 Reflexionsdampfung 1 5 2.4.4 Mechanische und Umgebungs-Parameter 109 2.5 Steckverbinderstandards und Montagetechnologien 109 2.5.1 Standardisierung und Normung 109 2.5.2 Ubersicht aktueller Steckerstandards 111 2.5.3 Neuentwicklungen 113 2.5.4 Montagetechnologien 115 2.5.5 Klebetechnologie 115 2.5.6 Crimp-& Cleave-Technologie 1 18 2.5.7 Losungen fur Feldmontage 119 2.6 Literatur 121 3 Nichtlosbare Glasfaserverbindung - Fusionsspleiften 122 Christina Manzke, Jurgen Labs 3.1 Einfuhrung 122 3.2 Werkstoffe und Herstellungsverfahren fur Lichtwellenleiter 123 3.2.1 Werkstoffe fur Lichtwellenleiter 1 23 3.2.2 Herstellungsverfahren fur Lichtwellenleiter 125 3.3 Das FusionsspleiBen. 131 3.3.1 Einflussfaktoren 131 3.3.2 Spleiftvorbereitung 133 3.3.3 Das SpleiBen 139 3.3.4 Bestimmen der SpleifidSmpfung 149
3.3.5 Zugfestigkeit 150 3.3.6 Schutz des Spleiftes 153 3.4 Spezielle Spleifte 154 3.4.1 Faserbandchen 154 3.4.2 SpleiUen unterschiedlicher Fasern 158 3.5 Ausblick 162 3.6 Literatur 162 4 Lichtwellenleiter-Messtechnik 163 4.1 Messung von Leistungen und Dampfungen 163 4.1.1 Einleitung 163 4.1.2 Verfahren zur Herstellung einer Modengleichgewichtsverteilung 163 4.1.3 Leistungsmessung 165 4.1.4 Dampfungsmessung 167 4.1.5 Zusammenfassung 176 4.2 Die Ruckstreumessung als universelles Messverfahren 177 4.2.1 Einleitung 177 4.2.2 Das Prinzip der Ruckstreumessung 177 4.2.3 Die Ruckstreukurve als Mess-Ergebnis 179 4.2.4 Gestreute und reflektierte Leistungen 184 4.2.5 Zusammenfassung 187 4.3 Die Analyse von Riickstreudiagrammen 187 4.3.1 Einleitung 187 4.3.2 Die Interpretation der Ruckstreukurve 188 4.3.3 Die Auswertung problematischer Ruckstreudiagramme 192 4.3.4 Kopplung von Singlemode-Lichtwellenleitern mit unterschiedlichen Modenfelddurchmessem 196 43.5 Zusammenfassung 197 44 Interpretation der Mess-Ergebnisse 198 4.4.1 Vergleich zwischen Dampfungs-und Ruckstreukurve 198 4.4.2 Mittelung der Mess-Ergebnisse 200 44.3 Zusammenfassung 200 45 Parameter und Definitionen 201 4.5.1 Einleitung 201 4.5.2 Dynamik 201 4.5.3 Impulswiederholrate 203 4-5.4 Impulslange und Auflosungsvermogen 204 4.5.5 Totzonen 206 4.5.6 Weitere Parameter 208 4-5.7 Zusammenfassung 208 4-6 Praktische Hinweise zur Ruckstreumessung 209 4.6.1 Allgemeine Hinweise 209 4.6.2 Vor- und Nachlauf-LWL 210 4.6.3 Geisterbilder 211 46.4 Kurvenauswertung 214 4.6.5 Fehlanpassungen 216 46.6 Kriterien zur Beurteilung der Qualitat der installierten Strecke 220
4.6.7 Zusammenfassung 223 "4 4.7 Reflexionsmessungen 2 4.7.1 Einleitung 225 4.7.2 Besonderheiten g 4.7.3 Zusammenfassung 4.8 LWL-Uberwachungssysteme? 4.8.1 Dunkelfasermessung Q 4.8.2 Messung der aktiven Faser 4.9 Messungen an DWDM-Systemen ri 4.9.1 Modifikation der herkommlichen Messungen ^ 4.9.2 Spektrale Messungen 4.9.3 Dispersionsmessungen 4.9.4 Zusammenfassung 4.10 Literatur 5 Optische Ubertragungssysteme 234 5.1 Systemparameter, 5.2 Planung des Dampfungsbudgets 5.3 Systemplanung 5.3.1 Grundlagen "4 5.3.2 Digitale Systeme 249 5.3.3 Analoge Systeme 50 5.3.4 Zusammenfassung _.. 5.4 Lichtwellenleiter-Systeme 250 5.4.1 Topologien 52 5.4.2 Industrielle Anwendungen 2,-«5.4.3 Systeme mit Kunststoff-Lichtwellenleitern. 5.4.4 Gigabit-Ethernet rg 5.4.5 Optische Freiraumubertragung 273 5.4.6 Digitale Hierarchien und Netzstrukturen ^_ 5 5.4.7 Zugangsnetze ^7fi 5.4.8 Passive Optische Netze ' 5.4.9 Citynetze l '' 5.4.10 Weitverkehrsnetze 'L 5.4.11 Netze mit optischen Verstarkern 27o 5.4.12 Zusammenfassung ^_ n lvm 5.5 Literatur 6 Entwicklungsrichtungen Wolfgang Glaser 6.1 Kanalbundelung in der Lichtwellenleiter-Technik 9ft 1, 6.1.1 Verfahren der Kanalbundelung 2jL 6.1.2 Realisierung optischer Bundelungstechniken ~. 6.1.3 DWDM-Systeme ~! 6.1.4 CWDM-Systeme 2 ' 6.1.5 OTDM-Systeme 28y 234 281
6.2 Integration von Lichtwellenleiter-Funktionsgruppen 290 6.2.1 Entwicklung der optischen Signalverarbeitung 290 6.2.2 Integrationstechnologien 292 6.2.3 Grundstrukturen 294 6.2.4 Realisierung von Funktionsgruppen 297 6.2.5 Forschungsrichtungen 300 6.3 Optische Verstarkung 302 6.3.1 Anwendungsgebiete 302 6.3.2 Faserverstarker 304 6.3.3 Halbleiterverstarker 308 6.4 Nichtlineare Optik 310 6.4.1 Nichtlineare Effekte 310 6.4.2 Das Soliton 314 6.4.3 Soliton-Anwendung 316 6.5 Literatur 318 7 Anhang 320 7.1 Abkurzungen 320 7.2 Formelzeichen und MafJeinheiten 321 7.3 Fachbegriffe 325