Dispersion und nicht-lineare Effekte

Modendispersion

Die verschiedenen Moden eines Lichtimpulses haben unterschiedliche Laufzeiten in einer Glasfaser. Bei entsprechend großem Querschnitt des Leiters wird das Signal zwischen dem Kern und dem Mantel der Faser reflektiert. Das Signal durchläuft somit die Faser nicht mehr linear sondern eher im Zickzack. Dadurch erreichen die unterschiedlichen Moden den Empfänger nicht gleichzeitig, was zu einer Verbreiterung des Signals führt.

Polarisationsmodendispersion

Durch äußere Einflüsse wie Biegung oder Torsion, sowie durch innere Einflüsse wie Inhomogenität des Kerns, wird die Faser doppelbrechend. Für die beiden senkrecht zueinander stehenden Polarisationsebenen eines Signals ergeben sich damit unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeiten, was zu einer Impulsverbreiterung führt. Der maximale Abstand zwischen den Modenlaufzeiten wird als Gruppenlaufzeit DGD (Differential Group Delay) bezeichnet. Eine Reduktion dieses Effektes lässt sich durch eine exakte Geometrie der Faser erzielen. Schon bei der Verlegung des Lichtwellenleiters (LWL) sollten äußere Einflüsse durch vorsichtige Handhabung gering gehalten werden.

Vierwellenmischung

Werden drei, im gleichen Raster unterschiedliche, Wellenlängen gleichzeitig in einer Faser übertragen, führt dies zu der Entstehung einer vierten Wellenlänge. Von dieser werden andere Wellenlängen überlagert – ähnlich dem Übersprechen. Die Effekte der Vierwellenmischung (FWM) werden reduziert, wenn die chromatische Dispersion ungleich Null ist. Sind alle vier Wellenlängen gleich, wird dies als entartete Vierwellenmischung (Degenerated Four Wave Mixing) bezeichnet.

Chromatische Dispersion

Die unterschiedlichen Geschwindigkeiten der verschiedenen Wellenlängen eines Signals führen zu einer Verbreiterung des Impulses. Durch diesen, als Dispersion bezeichneten Effekt, wird die Übertragungsreichweite eines Lichtwellenleiters (LWL) begrenzt. Da die Dispersion von der Wellenlänge (Farbe) abhängig ist, spricht man von chromatischer Dispersion. Diese lässt sich durch verschiedene Verfahren kompensieren.

Chromatische Dispersion und der Einsatz des Faser-Bragg-Gitters zu deren Kompensation

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Die chromatische Dispersion lässt sich durch verschiedene Verfahren u.a. den Einsatz eines Faser-Bragg-Gitters kompensieren.Bei Verwendung eines Faser-Bragg-Gitters ändert sich mit der Eindringtiefe des Lichtes der Brechungsindex des Gitters. Bei einem ankommenden verbreiterten Impuls legen die unterschiedlichen spektralen Anteile verschieden lange Wege zurück. Die daraus resultierende Zeitverzögerung führt zu einer Verschmälerung des Pulses und damit zu einer Kompensation der chromatischen Dispersion.

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