Glasvezel optica

1
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. 247.229
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 gtgtl0 Losses
lt 20 dB/km
7
Links
Commercieel Telebyte primer http//telebyteusa.c
om/foprimer/foprimer.htm Lascomm
http//www.lascomm.com/tutorial.htmint Newportht
tp//www.newport.com/Photonics/Fiber_Optics/Tutori
al/Tutorial/index.html Testmarkhttp//www.testmar
k.com/develop/fiber/fiberoptic.html Schott
http//www.schottfiberoptics.com/home.html Non
profit IEC http//www.iec.org/tutorials/fiber_op
tic/index.html Rutgershttp//morgan.rutgers.edu/H
TMLdocs/physics_modules/Lightwave_comm/Light_home_
page.htmlHome page Cord http//cord.org/cm/leot/
Module8/module8.htm
8
(Tele) Communicate systeem overzicht
Codering Modulatie
ADC
Laser/LED
Lichtbron
detector
DAC
Decodering Demodulatie
9
Kritische hoek en numerieke apertuur
n2
n1
f
n0
n2
fc
n1
n0
qm
qm
10
Propagatie
n2
n0
n1
d
q
q
q
Ls
n0 1, n1 1.60, q 300 en d 50 mm ? Ls152
mm, dat is 6580 keer reflecteren per meter
11
Totale interne reflectie
12
Helmholtz vergelijking
Rotatie van rotatie gradient van divergentie
divergentie van gradient
13
golf vergelijking
14
2 dimensionale golfgeleider
n2
x
n1
t
n1 gt 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
n1
0
n2
n3
neff
n3
n1
n2
19
Verliezen
L
I2
I1
Lambert Beer
Verzwakking in decibels
Stel a 3 dB/km dan is na 1 km het optisch
vermogen gedaald met een factor 10-0.30.5

• Verliezen door
• Microdefecten aan oppervlak
• Scherpe bochten in de fiber
• Koppeling tussen fibers
• Absorptie
• Licht verstrooiing (variatie in brekingsindex)

qgtqc
qltqc
20
Absorptie
Twee idealegolflengtes 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
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
GRIN fiber
n0
n0
Graded index fiber
n2
Afname met factor D/2!
24
Golflengte afhankelijkheid
Lichtbron met spectrale breedte Dl
l1
l2
25
Materiaal dispersie
Laser diode(_at_800nm) Golflengte variatie 1
nm Doorlooptijd verschillen 0.11 ns/km
M (ps/nm-km)
26
preform
O2
Kwarts buis
Cl2
1000 1500 0C
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