Verfügbarkeit: Lichtwellenleiter in Sensorik und optischer Nachrichtentechnik

Lichtwellenleiter in Sensorik und optischer Nachrichtentechnik:

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Bibliographische Detailangaben
1. Verfasser:	Bludau, Wolfgang (VerfasserIn)
Format:	Buch
Sprache:	German
Veröffentlicht:	Berlin [u.a.] Springer 1998
Schriftenreihe:	VDI-Buch
Schlagworte:	Optischer Sensor Optische Nachrichtentechnik Sensortechnik Lichtwellenleiter
Online-Zugang:	Inhaltsverzeichnis
Beschreibung:	XXIV, 340 S. Ill.
ISBN:	3540638482

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adam_text	INHALTSVERZEICHNIS 1 OPTISCHE WELLEN . 1 1.1 EINIGE GRUNDBEGRIFFE DER WELLENLEHRE . 1 1.1.1 EBENE HARMONISCHE WELLEN . 1 1.1.2 PHASE EINER WELLE; PHASENAENDERUNG LAENGS EINER WEGSTRECKE UND INNERHALB EINER ZEITSPANNE . 3 1.1.3 PHASENGESCHWINDIGKEIT UND AUSBREITUNGSKONSTANTE . 4 1.1.4 WELLENLAENGE . 6 1.1.5 WELLENGRUPPEN UND GRUPPENGESCHWINDIGKEIT . 6 1.2 ELEKTROMAGNETISCHE WELLEN . 9 1.2.1 MATHEMATISCHE BESCHREIBUNG . 9 1.2.2 TRANSVERSALE UND LONGITUDINALE FELDANTEILE; WELLENBEZEICHNUNGEN . 11 1.2.3 POLARISATION . 13 1.2.4 INTENSITAET UND LEISTUNG . 15 1.2.5 KOMPLEXE NOTATION . 17 1.2.6 FREIE WELLENAUSBREITUNG IN VAKUUM . 17 1.3 LICHT ALS ELEKTROMAGNETISCHE WELLE . 18 1.3.1 FREQUENZMAESSIGE EINORDNUNG . 18 1.3.2 PHASENGESCHWINDIGKEIT IN MATERIE, BRECHUNGSINDEX . 19 1.3.3 GRUPPENGESCHWINDIGKEIT IN MATERIE, GRUPPENBRECHUNGSINDEX 20 1.3.4 KOHAERENZ REALER OPTISCHER WELLEN . 21 1.3.5 STRAHLENMODELL DER LICHTAUSBREITUNG . 23 2 LICHTWELLENLEITER . 25 2.1 DIELEKTRISCHE WELLENLEITER . 25 2.2 LICHTWELLENLEITER IN FASERFORM . 26 2.2.1 EINTEILUNG NACH DEM BRECHZAHLPROFIL . 27 2.2.2 EINTEILUNG NACH DER UEBERTRAGBAREN MODENVIELFALT . 29 2.3 INTEGRIERT-OPTISCHE LICHTWELLENLEITER . 30 2.3.1 STREIFENLEITER MIT AUFGESETZTEN ODER VERSENKTEN STREIFEN . . 30 2.3.2 STREIFENLEITER MIT HOEHENPROFILIERUNG EINES KEMFILMS (RIPPENLEITER) . 31 2.3.3 FUNKTIONSTYPEN UND SUBSTRATMATERIALIEN . 32 VIII INHALTSVERZEICHNIS 3 GEOMETRISCH-OPTISCHE LICHTWEGE IN LWL . 35 3.1 STRAHLENOPTISCHE LICHTWEGE IM STUFENINDEX-LWL . 35 3.1.1 REELLE TOTALREFLEXION AN EINER TRENNFLAECHE . 35 3.1.2 PRINZIP DER LICHTFUHRUNG IM FILMWELLENLEITER MIT STUFENPROFIL 37 3.1.3 LICHTAUSBREITUNG IN GEBOGENEN LWL . 38 3.2 PRINZIP DER LICHTFUHRUNG IN GRADIENTENINDEX-LWL MIT PARABOLISCHEM BRECHZAHLPROFIL . 39 3.2.1 VIRTUELLE TOTALREFLEXION . 39 3.2.2 LICHTWEGE IN FILM WELLENLEITERN MIT PARABELPROFIL . 41 3.3 UEBERTRAGUNG AUF ROTATIONSSYMMETRISCHE FASER-LWL . 45 3.3.1 MERIDIONALSTRAHLEN, SCHIEFE STRAHLEN, HELIXSTRAHLEN . 46 3.3.2 AKZEPTANZWINKEL, AKZEPTANZKEGEL, NUMERISCHE APERTUR . . 47 4 BERUECKSICHTIGUNG DER WELLENNATUR DES LICHTES . 51 4.1 STUFENPROFIL-FILMWELLENLEITER . 51 4.1.1 STEHWELLEN . 51 4.1.2 INTERFERENZ BEI MEHRFACHER TOTALREFLEXION: CHARAKTERISTISCHE GLEICHUNG . 55 4.1.3 MODEN . 60 4.1.4 EVANESZENTE FELDER UND INTENSITAETEN . 62 4.1.5 MODENVERHALTEN BEI BIEGUNG DES LWL . 65 4.2 GRADIENTENINDEX-FILMWELLENLEITER MIT PARABELPROFIL . 66 4.3 UEBERTRAGUNG AUF ROTATIONSSYMMETRISCHE FASER-LWL UND AUF INTEGRIERT-OPTISCHE LWL . 67 5 EXAKTE BERECHNUNG DER LICHTAUSBREITUNG . 69 5.1 FASER-LWL MIT STUFENPROFIL . 69 5.1.1 ENTWICKLUNG EINER WELLENDIFFERENTIALGLEICHUNG AUS DEN MAXWELL ' SCHEN GLEICHUNGEN . 69 5.1.2 GEFUEHRTE MODEN ALS LOESUNG DER YYREDUZIERTEN " DIFFERENTIALGLEICHUNG . 72 5.1.3 LOESUNGSVERSUCH: LP-MODEN (MODEN MIT EINHEITLICH IN DERSELBEN RICHTUNG LINEAR POLARISIERTEN FELDERN) . 74 5.1.4 LP-MODENBILDER IN STUFENPROFILFASEM . 79 5.1.5 STRAHLUNGSMODEN UND LECKMODEN . 87 5.1.6 KEM-MANTEL-LEISTUNGSAUFTEILUNG, MODEN-CUTOFF . 89 5.1.7 UEBERGANG ZUR EINMODIGKEIT, GAUSS ' SCHE NAEHERUNG FUER LP 01 91 5.1.8 MODENBERECHNUNG BEI VERZICHT AUF EINHEITLICHE LINEARE POLARISATION . 92 INHALTSVERZEICHNIS IX 5.2 MODENFELDER IN GRADIENTENPROFILFASEM . 94 5.3 MODENFELDER IN INTEGRIERT-OPTISCHEN LICHTWELLENLEITEM . 96 6 EINIGE GRUNDLAGEN DER OPTISCHEN NACHRICHTENUEBERTRAGUNG . . 99 6.1 ANAOLGE UND DIGITALE SIGNALE . 99 6.2 NACHRICHTENUEBERTRAGUNG IN TRAEGERFREQUENZTECHNIK . 100 6.2.1 ANALOGE UEBERTRAGUNG . 101 6.2.2 BINAERE DIGITALE UEBERTRAGUNG . 103 6.2.3 OPTISCHE WELLEN ALS NACHRICHTENTRAEGER . 104 6.2.4 UEBERTRAGUNGSGESCHWINDIGKEIT . 105 6.3 DER EINFLUSS DES RAUSCHENS . 105 6.3.1 SIGNAL-RAUSCH-VERHAELTNIS . 106 6.3.2 ABNAHME DES SIGNAL-RAUSCH-VERHAELTNISSES DURCH LAUFZEITUNTERSCHIEDE . 107 6.3.3 URSACHEN DER LAUFZEITUNTERSCHIEDE: DISPERSION . 112 6.4 SYSTEMKENNGROESSEN FUER DIE UEBERTRAGUNG VON LEISTUNGSMODULIERTEM LICHT . 114 7 VERLUSTE IN LICHTWELLENLEITERN . 115 7.1 QUANTITATIVE ERFASSUNG DER DAEMPFUNG . 115 7.2 DAEMPFUNG IN GLASFASER-LWL . 118 7.2.1 INTRINSISCHE VERLUSTE: IR-ABSORPTION, RAYLEIGHSTREUUNG . . 118 7.2.2 EXTRINSISCHE VERLUSTE: ABSORPTION DURCH VERUNREINIGUNGEN, MAKROBIEGUNG DER FASER . 121 7.2.3 MODENABHAENGIGKEIT DER DAEMPFUNG . 123 7.2.4 INTRINSISCHE DAEMPFUNG IN LWL AUS SULFIDGLAS ODER FLUORIDGLAS . 126 7.3 DAEMPFUNG IN POF-FASEM . 128 7.4 DAEMPFUNG IN INTEGRIERT-OPTISCHEN LWL . 130 8 MODENLAUFZEITUNTERSCHIEDE (MODENDISPERSION) . 133 8.1 LAUFZEITEN NACH DEM STRAHLENMODELL IN STUFENPROFIL UND GRADIENTENPROFILFASEM . 133 8.1.1 STRAHLENOPTISCHE LAUFZEITEN IM STUFENPROFIL . 134 8.1.2 STRAHLENOPTISCHE LAUFZEITEN IM PARABELPROFIL . 135 8.2 EXAKTE THEORIE DER MODENLAUFZEITEN VON LP-MODEN . 138 8.2.1 STUFENINDEX-LWL . 138 8.2.2 GRADIENTENINDEX-LWL MIT POTENZPROFIL . 143 X INHALTSVERZEICHNIS 8.2.3 PROFILOPTIMIERUNG . 146 9 EINFLUSS DER SPEKTRALEN BREITE DER LICHTQUELLE: CHROMATISCHE DISPERSION . 147 9.1 MATHEMATISCHE BESCHREIBUNG . 149 9.1.1 BEITRAEGE ZUR CHROMATISCHEN DISPERSION, DISPERSIONSKOEFFIZIENTEN . 149 9.1.2 DISPERSIONSNULLSTELLE UND DISPERSIONSVERSCHOBENE FASER . . 154 9.1.3 VERBESSERUNG DES DISPERSIONSVERLAUFES VON EINMODENFASEM DURCH W-PROFILE . 156 9.2 ABSCHAETZUNG DER DURCH CHROMATISCHE DISPERSION VERURSACHTEN LAUFZEITUNTERSCHIEDE . 158 10 IMPULSVERBREITERUNG UND 3-DB-GRENZFREQUENZ . 161 10.1 IMPULSUEBERTRAGUNG . 161 10.1.1 PULSANTWORTFUNKTION UND DAS PROBLEM DER LEISTUNGSADDITION 161 10.1.2 QUANTITATIVE ERFASSUNG DER IMPULSVERBREITERUNG . 163 10.1.3 IMPULSVERBREITERUNG EINER EINMODENFASER . 165 10.1.4 IMPULSVERBREITERUNG EINER VIELMODENFASER . 167 10.2 ANALOGUEBERTRAGUNG . 173 10.2.1 BANDBREITE EINER EINMODENFASER . 176 10.2.2 BANDBREITE EINER VIELMODENFASER . 177 10.3 DISPERSION IM DATENBLATT; BANDBREITE-LAENGE-PRODUKTE . 178 10.3.1 EINMODEN-LWL . 178 10.3.2 VIELMODEN-LWL . 179 11 GRENZEN OPTISCHER UEBERTRAGUNGSSYSTEME DURCH DAEMPFUNG UND DISPERSION . 183 11.1 ANALOGE UEBERTRAGUNG . 184 11.2 DIGITALE UEBERTRAGUNG (PCM-UEBERTRAGUNG) . 187 12 MESSWERTERFASSUNG MIT LICHTWELLENLEITER-SENSOREN . 191 12.1 EINIGE GRUNDBEGRIFFE DER SENSORIK . 191 12.2 EINTEILUNG DER SENSOREN . 192 12.3 OPTISCHE SENSORIK MIT LICHTWELLENLEITEM . 194 12.3.1 EXTRINSISCHE LWL-SENSOREN: LWL IN SENSOREN . 194 INHALTSVERZEICHNIS XI 12.3.2 INTRINSISCHE LWL-SENSOREN: LWL ALS SENSOR . 195 12.3.3 LWL IN HYBRIDEN SENSOREN . 197 13 BEISPIELE EXTRINSISCHER OPTISCHER SENSOREN . 199 13.1 FUELLSTANDSANZEIGER . 200 13.2 ABSTANDSSENSOR DURCH PHASENLAUFZEITMESSUNG . 201 13.3 TEMPERATURSENSOR . 204 13.4 POLARISATIONSSENSOR (POLARIMETER) . 206 13.4.1 AUFBAU UND WIRKUNGSWEISE . 206 13.4.2 MATHEMATISCHE BEHANDLUNG . 207 13.4.3 ERZEUGUNG LINEARER DOPPELBRECHUNG AM BEISPIEL DES ELASTOOPTISCHEN EFFEKTES UND DES KERR-EFFEKTES . 210 13.4.4 QUEREMPFINDLICHKEIT UND OPTISCHE GLEICHTAKTUNTERDRUECKUNG 212 14 INTRINSISCHE SENSOREN MIT STANDARDFASERN . 215 14.1 MIKROBIEGUNGSSENSOR . 215 14.2 SENSORWIRKUNG DURCH ABAENDERUNG DER MANTELBRECHZAHL . 216 14.3 EVANESCENT FIELD SENSOR . 218 14.4 YYVERTEILTE " INTENSITAETSSENSOREN UND OTDR-AUSWERTUNG . 220 14.5 SENSOREN MIT BRAGG-GITTER IM GLASFASERKEM . 223 15 POLARISATIONSCHARAKTERISTIK VON FASER-LWL . 229 15.1 POLARISATION IN VIEHNODENFASEM . 229 15.2 POLARISATION IN STANDARD-EINMODENFASEM . 232 15.3 FASERN MIT MODIFIZIERTEM LINEAREN POLARISATIONSANTEIL . 234 15.3.1 FASERN MIT REDUZIERTER EIGENER LINEARER ANISOTROPIE (LOBI FIBER) . 234 15.3.2 FASERN MIT VERSTAERKTER EIGENER LINEARER ANISOTROPIE (HIBI FIBER) . 234 15.3.3 POLARISATIONSMODENKOPPLUNG . 237 15.3.4 HIBI-FASEM ALS POLARISATOREN . 239 15.4 FASERN MIT MODIFIZIERTEM ZIRKULAREN POLARISATIONSANTEIL . 240 16 INTRINSISCHE FASEROPTISCHE POLARIMETER . 241 16.1 EINBRINGEN ZUSAETZLICHER LINEARER ANISOTROPIE . 242 16.2 EINBRINGEN ZUSAETZLICHER ZIRKULARER ANISOTROPIE . 246 XII INHALTSVERZEICHNIS 17 INTERFEROMETRISCHE SENSOREN: GRUNDLAGEN . 253 17.1 SENSORIK DURCH AENDERUNG OPTISCHER WEGLAENGEN . 253 17.2 MESSUNG VON PHASENDIFFERENZEN MIT ZWEISTRAHLINTERFEROMETEM . . 254 17.3 ZWEISTRAHLINTERFEROMETER ALS SENSOR . 257 17.4 ANFORDERUNGEN AN DIE LICHTQUELLE . 259 17.5 LICHTWELLENLEITER IN ZWEISTRAHLINTERFEROMETEM . 261 18 SENSOREN MIT LWL-INTERFEROMETERN NACH MACH-ZEHNDER UND NACH MICHELSON . 265 18.1 MACH-ZEHNDER-INTERFEROMETER ALS SENSOR . 265 18.1.1 INTERFEROMETERAUFBAU UND SENSORKENNLINIE . 265 18.1.2 LINEARISIERUNG DER KENNLINIE DURCH AKTIVE RUECKKOPPELUNG . 269 18.1.3 EINSATZMOEGLICHKEITEN . 274 18.2 MICHELSON-INTERFEROMETER ALS SENSOR . 275 18.2.1 INTERFEROMETERAUFBAU UND SENSORKENNLINIE . 275 18.2.2 LINEARISIERUNG DER KENNLINIE DURCH PHASENMODULATION . . . 277 19 FASEROPTISCHES SAGNAC-INTERFEROMETER ALS DREHRATENSENSOR . 283 19.1 AUFBAUDESINTERFEROMETERS . 283 19.2 SAGNAC-EFFEKT . 285 19.3 BERECHNUNG DES PHASENVERSATZES INFOLGE ROTATION . 287 19.4 TECHNISCHE REALISIERUNG; LINEARISIERUNG DER KENNLINIE . 290 19.5 EINSATZ VON SAGNAC-DREHRATENSENSOREN . 295 A1 ANHANG: SELLMEIER-BESCHREIBUNG DER WELLENLAENGEN ABHAENGIGKEIT DER BRECHZAHL . 297 A2 ANHANG: ZENTRUM UND EFFEKTIVE BREITE EINES ZEITPULSES BZW. EINER SPEKTRALLINIE . 301 A3 ANHANG: POLARISATION VON LICHT . 303 A4 ANHANG: MATHEMATISCHE BESCHREIBUNG DER POLARISATION MIT DEM JONES-FORMALISMUS . 311 A4.1 JONES-VEKTOREN . 311 INHALTSVERZEICHNIS XIII A4.2 POLARISATIONSOPTISCHE BAUELEMENTE UND JONES-MATRIZEN . 313 A4.2.1 LINEARPOLARISATOR . 313 A4.2.2 LINEARER RETARDER (LINEARE DOPPELBRECHUNG, LINEARE OPTISCHE ANISOTROPIE) . 314 A4.2.3 ZIRKULARER RETARDER (ZIRKULARE DOPPELBRECHUNG, ZIRKULARE OPTISCHE ANISOTROPIE) . 317 A4.2.4 EIGENZUSTAENDE POLARISATIONSOPTISCHER BAUELEMENTE . 319 A5 ANHANG: VEREINFACHTE MATHEMATISCHE BESCHREIBUNG VON KOPPLERN MIT EINMODEN-LWL . 321 A6 ANHANG: TRANSVERSALER POCKELS-EFFEKT (TRANSVERSALER LINEARER ELEKTROOPTISCHER EFFEKT) . 327 LITERATURVERZEICHNIS . 331 SACHVERZEICHNIS . 333
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