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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

2

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


3


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


4


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


5


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


6



unterschiedlicheAmplitude

Gaußform

Summe über alle Wellenlängen bei Δ=0.05:

t

100%

50%


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


7




Gaußform


t

100%

50%


delay | V

f0 t( ) e0.1i( )

2

20

20

i

1 e

t i( )2

0.5



L0=0

Impulslänge τ0

L2>L1



8




Gaußform


t

100%

50%


delay | V

f0 t( ) e0.1i( )

2

20

20

i

1 e

t i( )2

0.5



L0=0

Impulslänge τ0

L3>L2



9




Gaußform


t

100%50%


delay | V

f0 t( ) e0.1i( )

2

20

20

i

1 e

t i( )2

0.5



L0=0

Impulslänge τ0

L4>L3



10


Dispersion entlang einer Glasfaser der Länge L

LL1 L2 L3 L4

laser

L0


11


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



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


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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Typischerweise wird die Dispersionskompensation durch FBG mit einem optischen Zirkulator kombiniert

1 2

3

in

out

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