Anwendungen, Messtechnik und Grundlagen der Faseroptik
Vorlesung im Sommersemester 2010
Carsten Fallnich, Petra Groß
Di. 14.15 - 15.45, AP Raum 217
Optische Glasfasernetze haben überhaupt erst den heutigen Internetbetrieb ermöglicht, indem z.B. über eine einzige Glasfaserleitung theoretisch einige Terabit pro Sekunde über viele tausend Kilometer übermittelt werden können; siehe Näheres z.B. unter nobelprize.org zum Nobelpreis "for groundbreaking achievements concerning the transmission of light in fibers for optical communication" an Charles K. Kao im Jahr 2009. Derartig hohe Übertragungsraten sind durch Methoden wie Zeit- und Wellenlängenmultiplex möglich, bei denen man ultrakurze Lichtimpulsen in dichter Abfolge durch die Leitung schickt bzw. über verschiedene Lichtwellenlängen viele Übertragungskanäle unterscheidbar kodiert. Zur (Zwischen-) Verstärkung und zur Verteilung der Lichtimpulse sind viele neue Technologien entwickelt worden, die eine hohe Zuverlässigkeit und verschiedenste Funktionalitäten aufweisen müssen. Insbesondere die Fasertechnologie hat innerhalb der letzten zehn Jahre durch verbesserte Herstellungsverfahren neuartige photonische (Bandlücken-) Kristallfasern hervorgebracht, bei denen z.B. über die Fasermantelstruktur die dispersiven Eigenschaften in weiten Bereichen eingestellt werden können. Innerhalb eines geringen Faserkerndurchmessers über weite Propagationsstrecken können bereits optische Spitzenleitungen von wenigen Watt nichtlineare Phänomene induzieren, damit zu einer Störung der Datenübertragung führen und sollten deshalb vermieden werden. Allerdings lässt sich aus der Not auch eine Tugend machen, wenn nichtlineare Effekte auch für die Erzeugung, Verstärkung und Formung von ultrakurzen Lichtimpulsen genutzt werden. Optische Fasern bilden daher ein interessantes Umfeld für Forschungsarbeiten und technische Anwendungen der nichtlinearen Optik
Im Rahmen der Vorlesung soll das folgende Themenspektrum als Einführung in die Faseroptik dienen: Fasertypen (z.B. Stufenindexfasern, Gradientenfasern, dispersionsverschobene Fasern, mikrostrukturierte Fasern, laseraktiv-dotierte Fasern, up-conversion Fasern), Herstellungsprozesse, Charakterisierung von Faserparametern (z.B. Dämpfung, Dispersion, Doppelbrechung), Anwendungsbeispiele (z.B. Fasersensoren, Faserinterferometer), Prinzip der Datenübertragung (inkl. Zeit- und Wellenlängenmultiplex), Komponenten für fasergestützte Telekommunikation, Grundlagen der Wellenleitung, nichtlineare Effekte (z.B. stimulierte Brillouinstreuung, stimulierte Ramanstreuung, Selbst- und Kreuzphasenmodulation, Vierwellenmischung), Solitonenpropagation.