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Vieweg+TeubnerPLUS
Zusatzinformationen zu Medien des Vieweg+Teubner Verlags
Elemente optischer Netze
Dispersionskompensation mit Fiber Bragg Gratings (FBG)
von Prof. Dr. V. Brückner
© Autor | BuchtitelVieweg+TeubnerPLUS Zusatzinformationen zu Medien des Vieweg+Teubner Verlags
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Vieweg+Teubner Verlag | Wiesbaden 2010
1. Chromatische Dispersion in SMF
2. Fiber Bragg gratings(FBG)
3. Demultiplexing mit FBG
Dispersionskompensation mit Fiber Bragg Gratings
4. Dispersionkompensation mit FBG
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0.2
0.4
0.6
0.8
λi=0
λi=4λi=-4
λi=8λi=-8
λi=12λi=-12
λi=-16 λi=16
λi=-20 λi=20
Laserspektrum: Wellenlängen von λi=-20 über λi=0 (Maximum) bis λi=20
Ausgangspunkt:
blauer Teil roter Teil
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Zeitform der Impulse bei allen Wellenlängen: Gaußform
Unterschiedliche Amplitude
Gaußform
f0 t( ) e0.1i( )
2
20
20
i
e
t2
0.5
Summe über alle Wellenlängen:
t
100%
50%Pulse length τ0
λi=-16
λi=-12
λi=-8
λi=-4
λi=0
λi=2
λi=6
λi=10
λi=14
λi=18
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Dispersion: unterschiedliche Gruppengeschwindigkeit vg (λ) für unterschiedliche Wellenlängen
UnterschiedlicheAmplitude
Gaußform
Summe über alle Wellenlängen bei Δ=0:
t
100%
50%Impulslänge
Im drittem optischen Fenster: ng (λ1) < ng (λ2 > λ1) folglich vg (λ1) > vg (λ2 > λ1)
delay | V
f0 t( ) e0.1i( )
2
20
20
i
1 e
t i( )2
0.5
Δ – Zeitverschiebung des Maximums
Situation bei der Faserlänge L0 = 0 (Eingang)
Führt zu verschiedenen Zeitpunkten des Maximums der (Gauß) Impulse bei unterschiedlichen λ
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Dispersion: unterschiedliche Gruppengeschwindigkeit vg (λ) für unterschiedliche Wellenlängen
unterschiedlicheAmplitude
Gaußform
Summe über alle Wellenlängen bei Δ=0.05:
t
100%
50%
Führt zu verschiedenen Zeitpunkten des Maximums der (Gauß) Impulse bei unterschiedlichen λ
delay | V
f0 t( ) e0.1i( )
2
20
20
i
1 e
t i( )2
0.5
Δ - Zeitverschiebung des Maximums
Situation bei der Faserlänge L1 > L0
L0=0
Impulslänge τ0
L1>L0
Impulslänge τ1>τ0
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Dispersion: unterschiedliche Gruppengeschwindigkeit vg (λ) für unterschiedliche Wellenlängen
unterschiedlicheAmplitude
Gaußform
Summe über alle Wellenlängen bei Δ=0.1:
t
100%
50%
Führt zu verschiedenen Zeitpunkten des Maximums der (Gauß) Impulse bei unterschiedlichen λ
delay | V
f0 t( ) e0.1i( )
2
20
20
i
1 e
t i( )2
0.5
Δ – Zeitverschiebung des Maximums
Situation bei der Faserlänge L2 > L1
L0=0
Impulslänge τ0
L2>L1
Impulslänge τ2>τ1
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Dispersion: unterschiedliche Gruppengeschwindigkeit vg (λ) für unterschiedliche Wellenlängen
unterschiedlicheAmplitude
Gaußform
Summe über alle Wellenlängen bei Δ=0.15:
t
100%
50%
Führt zu verschiedenen Zeitpunkten des Maximums der (Gauß) Impulse bei unterschiedlichen λ
delay | V
f0 t( ) e0.1i( )
2
20
20
i
1 e
t i( )2
0.5
Δ – Zeitverschiebung des Maximums
Situation bei der Faserlänge L3 > L2
L0=0
Impulslänge τ0
L3>L2
Impulslänge τ3>τ2
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Dispersion: unterschiedliche Gruppengeschwindigkeit vg (λ) für unterschiedliche Wellenlängen
unterschiedlicheAmplitude
Gaußform
Summe über alle Wellenlängen bei Δ=0.2:
t
100%50%
Führt zu verschiedenen Zeitpunkten des Maximums der (Gauß) Impulse bei unterschiedlichen λ
delay | V
f0 t( ) e0.1i( )
2
20
20
i
1 e
t i( )2
0.5
Δ – Zeitverschiebung des Maximums
Situation bei der Faserlänge L4 > L3
L0=0
Impulslänge τ0
L4>L3
Impulslänge τ4>τ3
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Dispersion entlang einer Glasfaser der Länge L
LL1 L2 L3 L4
laser
L0
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Einfluß der Dispersion auf die Übertragungsrate (bit rate BR): Abstand zwischen benachbarten Impulsen τ ≈ 1/BR
L
τ τ
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Zusammensetzung eines Impulses mit Dispersion
L
roter Teil blauer Teil
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Faser-Bragg-Gitter (Fiber Bragg Grating, FBG):Folge alternierender Brechzahlen (low nL und high nH) innerhalb der Faser
nL nH nL nH nL nH nL nH
Die Gitterperiode D ist die Länge der Bereiche mit nL und nH ranges in der Faser
DWellen λ1, λ2, λ3 ...
D
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Fiber Bragg Grating:
bei λ = 2nD wird die Welle reflektiert (λ2)
bei λ ≠ 2nD wird die Welle transmittiert (λ1 und λ3)
λ1λ1λ3λ3λ2
λ2
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D1D2D3
Fiber Bragg Grating: Demultiplexing mit mehreren FBG
bei λ2 = 2nD2 wird die Welle λ2 reflektiert
λ1+λ2+λ3 λ1
λ1λ1λ2
bei λ1 = 2nD1 wird die Welle λ1 reflektiert
bei λ3 = 2nD3 wird die Welle λ3 reflektiert
λ1+λ2
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D1D2D3
Fiber Bragg Grating: Dispersionskompensation mit FBG’s
λ1+λ2+λ3
λ1
Stufenweise reflexion der Wellenlängen λ3 , λ2 und λ3 mit unterschiedlichen Laufzeiten (2ΔL)
λ1+λ2
2ΔL32 2ΔL21
λ1+λ2+λ3
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DblueDgreenDred
Fiber Bragg Grating: Dispersionskompensation mit FBG’s
λ4+ λ3 +λ2+λ1
Stufenweise Reflexion von dispersionsbehafteten Impulsen Durch kontinuierliche Verkleinerung der Gitterperiode
Dyellow
Blaues Licht mit λ1 kommt zuerst an, rotes Licht mit λ4 am SchlussBlaues Licht mit λ1 hat den längsten Weg im FBG, rotes Licht mit λ4 den kürzesten
Dispersionsbehaftet Impulse werden rekomprimiert durch das FBG
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Fiber Bragg Grating: Dispersionskompensation mit FBG’s
Typischerweise wird die Dispersionskompensation durch FBG mit einem optischen Zirkulator kombiniert
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