Geschiedenis Systeem overzicht Propagatie Modi Vezwakking dispersie

Presentatie over: "Geschiedenis Systeem overzicht Propagatie Modi Vezwakking dispersie"— Transcript van de presentatie:

1 Geschiedenis Systeem overzicht Propagatie Modi Vezwakking dispersie
Glasvezel optica Geschiedenis Systeem overzicht Propagatie Modi Vezwakking dispersie F.L. Pedrotti & L.S. Pedrotti: Introduction to Optics, Hoofdstuk 24

2 John Tyndall : 1854 Een waterstroom geleidt licht zonlicht water

3 William Wheeler : 1881 U.S Licht distributie door middel van licht pijpen ten behoeve van verlichting in een gebouw. Het belang van de pas uitge- vonden lamp wordt nog niet Ingezien.

4 Alexander Graham Bell : 1880
(Tele)communicatie m.b.v licht (200 m)

5 Van Heel : 1954 A.C.S. Heel: Nature 173, 39 (1954) Invention of cladding fibers. H.H. Hopkins & N.S. Kapani, Nature 173, 39 (1954) Fiberscope

6 Kao : 1966 K.C. Kao & G.A. Hockham, Proc. IEE 113, 1151 (1966). Dielectric-fibre surface waveguides for Optical frequencies. Fibre core: l0 Fibre diameter : >>l0 Losses : < 20 dB/km

7 Links Commercieel: Telebyte primer: Lascomm: Newport: Testmark: Schott: Non profit IEC: Rutgers: page Cord:

8 (Tele) Communicate – systeem overzicht
Codering Modulatie ADC Laser/LED Lichtbron detector DAC Decodering Demodulatie

9 Kritische hoek en numerieke apertuur
f n0 n2 fc n1 n0 qm’ qm

10 Propagatie n2 n0 n1 q’ d q’ q Ls n0 = 1, n1 = 1.60, q = 300 en d = 50 mm  Ls=152 mm, dat is 6580 keer reflecteren per meter

11 Totale interne reflectie
q2 q1 n2 n1 qc

12 Helmholtz vergelijking
Ampère: geen stroom! Faraday: Rotatie van rotatie = gradient van divergentie – divergentie van gradient = 0 geen ladingen!

13 golf vergelijking Monochromatisch licht: Golf vector Voortplanting in z-richting b is propagatie constante

14 2 dimensionale golfgeleider
x n1 t n1 > n2, n3 z n3 TE modes: Electrisch veld in y-richting: Ey

15 Rand voorwaarden Elektrisch veld, E, en zijn afgeleide, dE/dx, zijn continue

16 Discrete oplossingen: modi
Twee lineaire, homogene vergelijkingen voor A en D. A en D kunnen geëlimineerd worden: 1 vergelijking waar kx, k3 en k2 aan moeten voldoen. Voor elke m een vergelijking voor b!

17 Nulde orde benadering Bij de laagste orde modi valt het veld sterk af in de opsluitlagen: Bij de hoogste orde mode valt het veld bijna niet af in de opsluitlagen en is propagatie constante zeer klein:

18 Effectieve brekinsindex
Voor alle modes: Voor laagste mode, m = 0: n3 n2 n1 neff n3 n1 n2

19 Verzwakking in decibels:
Verliezen L I1 I2 Lambert Beer: Verzwakking in decibels: Stel a = 3 dB/km dan is na 1 km het optisch vermogen gedaald met een factor =0.5 Verliezen door: Microdefecten aan oppervlak Scherpe bochten in de fiber Koppeling tussen fibers Absorptie Licht verstrooiing (variatie in brekingsindex) q>qc q<qc

20 Absorptie Twee “ideale”golflengtes: 1.30 mm en 1.55 mm 100 Absorptie van glas in het Infrarood totaal 10 Verzwakking (db/km) 1 OH absorptie Absorptie van glas in het ultraviolet 0.1 Licht verstrooiing 0.01 10 1 Golflengte (mm)

21 Glas versus kunstof Kunstof: Goedkoop Grote verliezen

22 Modale dispersie Er is een looptijd verschil voor verschillende modi l’ Voor step-index fiber: qc A B l Kern: n = 1.46 Opsluiting : n = 1.45

23 n0 n1 n2 n 2a r n1 n2 n0 Graded index fiber 2a r n0 n1 n2 n2 n Afname met factor D/2! GRIN fiber

24 Golflengte afhankelijkheid
1 1.6 0.4 1.44 1.47 1.45 1.46 Golflengte (mm) Dispersie van kwarts brekingsindex Lichtbron met spectrale breedte Dl l1 l2

25 Materiaal dispersie 200 100 -50 50 150 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 Golflengte (mm) Laser Golflengte variatie: 1 nm Doorlooptijd verschillen: 0.11 ns/km M (ps/nm-km)

26 preform O2 Kwarts buis Cl2 1000 – C O2 Regel kast Bij het aanmaken van SiO2 worden er verontreinigen toegevoegd om de brekingsindex te variëren SiCl4 GeCl4 BCl3 Na “collapse” : doorsnee: 5 cm lengte: 30 cm

27 Fiber trekken preform Verticale verplaatsing oven diameter monitor coater trekspoelen draaitrommel