Stabile Interferometrie des nichtlinearen Brechzahl-Koeffizienten von Quarzglasfasern der optischen Nachrichtentechnik:
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| Veröffentlicht: |
Düsseldorf
VDI-Verl.
1995
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| adam_text | Titel: Stabile Interferometrie des nichtlinearen Brechzahl-Koeffizienten von Quarzglasfasern der optischen
Autor: Meier, Joachim
Jahr: 1995
Inhaltsverzeichnis _V Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung......................................... 1 1.1 Zum Stand der linearen optischen Übertragungs- und Meßtechnik ....... 1 1.2 Zur Entwicklung der optisch-nichtlinearen Übertragungstechnik......... 2 1.3 Die Problematik der optisch-nichtlinearen Übertragungstechnik......... 4 1.4 Ziele und Inhalt der Arbeit............................... 6 2 Theoretische Grundlagen faseroptischer Nichtlinearitäten .......... 10 2.1 Vorbemerkungen zur Nichtlinearen Optik...................... 10 2.2 Nichtlineare-Schrödinger-Gleichung und effektive Nichtlinearität........ 12 2.3 Suszeptibilitäts-Tensor und intensitätsabhängige Brechzahl............ 16 2.4 Nichtlinearer Brechzahl-Koeffizient und effektive Nichtlinearität........ 20 2.4.1 Der nichtlineare Brechzahl-Koeffizient ...................... 20 2.4.2 Die effektive Nichtlinearität..................... 22 2.5 Selbst-Phasenmodulation ................................ 24 2.6 Kreuz-Phasenmodulation
................................ 27 2.6.1 Der Suszeptibilitäts-Tensor x (3) für isotrope, verlustfreie Medien...... 27 2.6.2 Sonderfälle der Kreuz-Phasenmodulation..................... 28 2.7 Schlußbemerkungen ................................... 31 3 Meßverfahren zur Bestimmung des nichtlinearen Brechzahl-Koeffizienten von Lichtwellenleitern - Eine Analyse zum Stand der Technik ....... 32 3.1 Der nichtlineare Brechzahl-Koeffizient von Si0 2 -Glasproben .......... 32 3.2 Meßverfahren für Einmoden-Lichtwellenleiter ................... 35 3.2.1 Meßverfahren basierend auf dem optischen Kerr-Effekt............ 36 3.2.2 Interferometrische Meßverfahren.......................... 39 3.2.3 Meßverfahren basierend auf spektraler Verbreiterung ............. 41 3.3 Bewertung der Meßverfahren und deren Ergebnisse................ 42 3.3.1 Systematische Fehler und Schwierigkeiten der einzelnen Meßverfahren .. 43 3.3.2 Allgemeine Meßprobleme.............................. 46 3.3.3 Schlußfolgerungen
zu den vorgestellten Meßverfahren............. 47 3.3.4 Bewertung der Meßergebnisse ........................... 48
VI_ Inhaltsverzeichnis 4 Theorie des Selbst-Kompensierten Interferometers............... 50 4.1 Die grundlegende Idee - ein Gedankenexperiment................. 51 4.2 Mathematische Modellierung und Simulation.................... 52 4.3 Das Selbst-Kompensierte Interferometer....................... 61 4.3.1 Die prinzipielle Realisierung der SKI-Methode................. 61 4.3.2 Die Theorie zur SKI-Methode ........................... 63 4.4 Der mögliche systematische Fehler der SKI-Methode............... 67 4.5 Das nichtlineare Sagnac-Interferometer........................ 69 5 Die experimentelle Umsetzung der SKI-Methode ................ 72 5.1 Der Gesamtaufbau und seine Komponenten..................... 73 5.1.1 Der Meßaufbau .................................... 73 5.1.2 Das Nd:YAG-Lasersystem ............................. 76 5.1.3 Die Komponenten zur Leistungseinstellung.................... 81 5.1.4 Die Komponenten zur Strahlformung....................... 82 5.1.5 Die Komponenten zur Strahlteilung........................ 83 5.1.6 Die polarisations-optischen Komponenten .................... 85 5.1.7 Das Leistungsmeßgerät................................ 85 5.1.8 Zur Messung der optischen Impulsform...................... 86 5.1.9 Hinweise zur Justierung des Meßaufbaus..................... 87 5.2 Zur Vorbereitung der Messungen........................... 88 5.2.1 Die Vorbereitung der Testfasem.......................... 88 5.2.2 Zur Einkopplung hoher mittlerer Leistungen in Einmoden-Fasem...... 89 5.2.3 Zu Laserimpulsquelle und Leistungsmessung .................. 91 5.3 Die Erfassung nichtlinearer Konkurrenz-Effekte.................. 92 5.4 Zum Ablauf der Messung................................ 94 5.4.1 Die Einstellung der polarisations-optischen Komponenten........... 94 5.4.2 Die Einstellung der Leistungsgrenzen....................... 96 5.4.3 Der Ablauf eines Meßdurchgangs ......................... 97
Inhaltsverzeichnis _VII 6 Meßergebnisse und deren Interpretation ....... 99 6.1 Meßobjekte und Meßsignalformen............. 99 6.1.1 Auswahl und Daten der Testfasem......................... 99 6.1.2 Charakteristische Meßsignale............................102 6.1.3 Nichtlinearitäts-Kennlinien..............................107 6.1.4 Zur Temperaturabhängigkeit der effektiven Nichtlinearität..........109 6.1.5 Zur Abhängigkeit der effektiven Nichtlinearität vom Polarisationszustand . 110 6.2 Auswertung und Fehleranalyse.............................114 6.2.1 Auswerteformel....................................114 6.2.2 Bestimmung der Impulsspitzenleistung ......................115 6.2.3 Fehleranalyse......................................116 6.3 Meßergebnisse und Interpretation...........................119 6.3.1 Nicht-polarisationserhaltende Fasern........................119 6.3.2 Ergebnisse zur Kreuz-Phasenmodulation (KPM) ................123 6.4 Vergleich der Ergebnisse mit neueren Literaturwerten ..............127 6.5 Meßsignalverläufe in Gegenwart von stimulierter Raman-Streuung.......131 6.6 Meßsignalverläufe mit stark verbreiterten Impulsen................136 7 Diskussion und Wertung................................138 7.1 Möglichkeiten und Grenzen der SKI Methode ...................138 7.1.1 Die SKI-Methode im kontinuierlichen Phasenmeßmodus ...........138 7.1.2 SRS und SBS anhand von Reflexions-Kennlinien................142 7.1.3 Die systematischen Grenzen der Anwendung der SKI-Methode.......147 7.2 Die SKI-Methode im Vergleich mit anderen Meßmethoden ...........150 7.2.1 Das Meßverfahren der spektralen Verbreiterung ................150 7.2.2 Die verzögerte Selbstüberlagerungs-Technik basierend auf KPM ......154 7.2.3 Das Meßverfahren basierend auf Vierwellen-Mischung ............155 7.2.4 Abschließende Wertung der Meßmethoden....................156 7.3 Hinweise zur effektiven Nichtlinearität........................157
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