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Optische Glasfasern
Vortrag von Karin Jeremias
&Maria Joss
Inhalt
• Geschichte, Herstellung und Theorie• Berechnung• Einsatzgebiete von optischen Glasfasern• Diskussion: Nutzen von Glasfasern im Alltag • Demonstration (Endoskop)• Fragen
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Geschichte der Glasfaser• 18. Jahrhundert: Glasbläser stellen Engelshaare her• 1930 Anmeldung Patent durch Hermann Schuller
Quelle: www.vitaswing.com/chemtrails/fallout.htm
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Geschichte der Glasfaser
• 1934 Patent für ein optisches Telefonsystem(Technische Verwirklichung erst 25 Jahre später)
• 1966 Kao von der Universität in Hong Kong entdeckt, dass Glasfasern Licht und Daten leiten
• 1970 Erfindung des CCD-Chips durch Boyle und Smith
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Herstellung: Preform
Quelle: www.landinst.com/.../products/main/VDT-lathe.jpg
• Quarzglas (SiO2; n=1.44) rotiert auf Glasdrehbank
• Gasbrenner erhitzt Glas auf ca. 1600 °C
• Gasgemisch wird in Kern geleitet (Chloride)
• Durch Ablagerung der Chloride entsteht anderer Index in Faser (bis zu 100 mögliche Schichtvariationen)
Quelle: www.fiberoptics4sale.com/wordpress/wp-content 5
Herstellung: Ziehen der Glasfasern
• Preform hat bereits gewünschtes Brechzahlprofil
• Ziehen der Faser aus Preform (hohe Geschwindigkeit)
• Länge Faser: 1km bis 10 kmDicke Faser: 1mm bis 120 Mikrometer
• Bevor Faser auf Trommel aufgewickelt wird, erhält sie eine schützende Kunststoffschicht (primary coating)
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• Prinzip, das Licht durch Faser führt: TotalreflexionAkzeptanzwinkel θ:
• Grenzwinkel α:nM < nK !!
• Numerische Apertur:
Kern (core, nK)
Glasmantel (cladding, nM) Beschichtung (primary coating)
Theorie
Luft (n0)α =Grenzwinkel
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θ=Akzeptanzwinkel
Akzeptanzwinkel:Winkel, der eine Totalreflexion zwischen Kern und Mantel garantiert.Numerisch Apertur (AN):Beschreibt Zusammenhang von Brechzahl des Kerns zu Brechzahl des Glasmantels.
n
Berechnung Lichtleiter:Alle durch die Stirnfläche einer Lichtfaser eintretenden Strahlen sollen im Lichtleiter durch Totalreflexion fortgeleitet werden.Welche Brechzahl n muss die Lichtleiterfaser mindestens haben?Tipp: Brechungsgesetz an Stirnfläche anwenden. Für ε1 90° einsetzen (alle Strahlen sollen erfasst werden)
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Berechnung: Lösungsweg
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Einsatzgebiete optischer Glasfasern
Datenübertragung: FTTH (Fiber To The Home)
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Quelle: eidgenössische Kommunikationskommission ComCom
Einsatzgebiete optischer Glasfasern
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Quelle: LitraCon GmbH, Achen Deutschland
George Smith und William Boyle mit CCD-Sensor (1969-70)
Dekoration und Kunst: Beton wird lichtdurchlässig
Quelle: www.prophoto-online.de/fototechnik/Drei-Meister-des-Lichts-Digitalfotografie-nobelpreisQwuerdig/
Medizin: Endoskop
Quelle: www.lmkgmbh.de/images/stories/Mittweida/endoskopische_untersuchung.jpg
Einsatzgebiete optischer Glasfasern Meister des Lichts: Charles Kuen Kao„Wenn Kao nicht entdeckt hätte, dass man Glasfasern zur
Übertragung von Licht und damit von Daten nutzen kann, gäbe es die heutige Telekommunikation nicht.“ Godehard Wald, Ingenieur für
Nachrichtentechnik
12Quelle: www.prophoto-online.de/fototechnik/Drei-Meister-des-Lichts-Digitalfotografie-nobelpreisQwuerdig
Diskussion: Glasfasern im AlltagDatenübertragung
• Geschwindigkeit abhängig von Anzahl Signal/Faser(in der Schweiz max. 1 GB/Sekunde)
• Störungsfreie Übertragung• >140 Glasfasern pro Kabel• keine engen Radien (Lichtverlust)• Polymer-optische Fasern lösen Glasfasern ab
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Diskussion: Glasfasern im AlltagMedizin
• Medizin nutzt hohes Auflösungsvermögen von Glasfasern (42 000 Pixel)
• Endoskopische Lichtleiter bestehen aus 42 000 Glasfasern
• Faserdurchmesser: 7-10 Mikrometer (ca. tausendmal dünner als Haar!)
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Demonstration Endoskop
Quelle: www.gastropraxis-bamberg.de
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• Zahlreiche medizinische Einsatzgebiete von Endoskopen(Wirbelsäulenchirurgie, Urologie, Darmspiegelungen etc.)
Quellen: www.treierendoskopie.com und www.richard-wolf.com
Fragen
Link zu Glasfaserherstellungsfilm:http://www.youtube.com/watch?v=hPNi4ksz8Jk&hl=de
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