Lichtwellenleiter in Sensorik und optischer Nachrichtentechnik

1 Optische Wellen.- 1.1 Einige Grundbegriffe der Wellenlehre.- 1.2 Elektromagnetische Wellen.- 1.3 Licht als elektromagnetische Welle.- 2 Lichtwellenleiter.- 2.1 Dielektrische Wellenleiter.- 2.2 Lichtwellenleiter in Faserform.- 2.3 Integriert-optische Lichtwellenleiter.- 3 Geometrisch-optische Lichtwege in LWL.- 3.1 Strahlenoptische Lichtwege im Stufenindex-LWL.- 3.2 Prinzip der Lichtfuhrung in Gradientenindex-LWL mit parabolischem Brechzahlprofil.- 3.3 Übertragung auf rotationssymmetrische Faser-LWL.- 4 Berücksichtigung der Wellennatur des Lichtes.- 4.1 Stufenprofil-Filmwellenleiter.- 4.2 Gradientenindex-Filmwellenleiter mit Parabelprofil.- 4.3 Übertragung auf rotationssymmetrische Faser-LWL und auf integriert-optische LWL.- 5 Exakte Berechnung der Lichtausbreitung.- 5.1 Faser-LWL mit Stufenprofil.- 5.2 Modenfelder in Gradientenprofilfasern.- 5.3 Modenfelder in integriert-optischen Lichtwellenleitern.- 6 Einige Grundlagen der optischen Nachrichtenübertragung.- 6.1 Anaolge und digitaleSignale.- 6.2 Nachrichtenübertragung in Trägerfrequenztechnik.- 6.3 Der Einfluß des Rauschens.- 6.4 Systemkenngrößen für die Übertragung von leistungsmoduliertem Licht.- 7 Verluste in Lichtweilenleitern.- 7.1 Quantitative Erfassung der Dämpfung.- 7.2 Dämpfung in Glasfaser-LWL.- 7.3 Dämpfung in POF-Fasern.- 7.4 Dämpfung in integriert-optischen LWL.- 8 Modenlaufzeitunterschiede (Modendispersion).- 8.1 Laufzeiten nach dem Strahlenmodell in Stufenprofil- und Gradientenprofilfasern.- 8.2 Exakte Theorie der Modenlaufzeiten von LP-Moden.- 9 Einfluß der spektralen Breite der Lichtquelle: chromatische Dispersion.- 9.1 Mathematische Beschreibung.- 9.2 Abschätzung der durch chromatische Dispersion verursachten Laufzeitunterschiede.- 10 Impulsverbreiterung und 3-dB-Grenzfrequenz.- 10.1 Impulsübertragung.- 10.2 Analogübertragung.- 10.3 Dispersion im Datenblatt; Bandbreite-Länge-Produkte.- 11 Grenzen optischer Übertragungssysteme durch Dämpfung und Dispersion.- 11.1 Analoge Übertragung.- 11.2 Digitale Übertragung (PCM-Übertragung).- 12 Meßwerterfassung mit Lichtwellenleiter-Sensoren.- 12.1 Einige Grundbegriffe der Sensorik.- 12.2 Einteilung der Sensoren.- 12.3 Optische Sensorik mit Lichtwellenleitern.- 13 Beispiele extrinsischer optischer Sensoren.- 13.1 Füllstandsanzeiger.- 13.2 Abstandssensor durch Phasenlaufzeitmessung.- 13.3 Temperatursensor.- 13.4 Polarisationssensor (Polarimeter).- 14 Intrinsische Sensoren mit Standardfasern.- 14.1 Mikrobiegungssensor.- 14.2 Sensorwirkung durch Abänderung der Mantelbrechzahl.- 14.3 Evanescent field sensor.- 14.4 "Verteilte" Intensitätssensoren und OTDR-Auswertung.- 14.5 Sensoren mit Bragg-Gitter im Glasfaserkern.- 15 Polarisationscharakteristik von Faser-LWL.- 15.1 Polarisation in Vielmodenfasern.- 15.2 Polarisation in Standard-Einmodenfasern.- 15.3 Fasern mit modifiziertem linearen Polarisationsanteil.- 15.4 Fasern mit modifiziertem zirkularen Polarisationsanteil.- 16 Intrinsische faseroptische Polarimeter.- 16.1 Einbringen zusätzlicher linearer Anisotropie.- 16.2 Einbringen zusätzlicher zirkularer Anisotropie.- 17 Interferometrische Sensoren: Grundlagen.- 17.1 Sensorik durch Änderung optischer Weglängen.- 17.2 Messung von Phasendifferenzen mit Zweistrahlinterferometern.- 17.3 Zweistrahlinterferometer als Sensor.- 17.4 Anforderungen an die Lichtquelle.- 17.5 Lichtwellenleiter in Zweistrahlinterferometern.- 18 Sensoren mit LWL-Interferometern nach Mach-Zehnder und nach Michelson.- 18.1 Mach-Zehnder-Interferometer als Sensor.- 18.2 Michelson-Interferometer als Sensor.- 19 Faseroptisches Sagnac-Interferometer als Drehratensensor.- 19.1 Aufbau des Interferometers.- 19.2 Sagnac-Effekt.- 19.3 Berechnung des Phasen Versatzes infolge Rotation.- 19.4 Technische Realisierung; Linearisierung der Kennlinie.- 19.5 Einsatz von Sagnac-Drehratensensoren.- A1 Anhang: Sellmeier-Beschreibung der Wellenlängenabhängigkeit der Brechzahl.- A2 Anhang: Zentrum und effektive Breite eines Zeitpulses bzw. einer Spektrallinie.- A3 Anhang: Polarisation von Licht.- A4 Anhang: Mathematische Beschreibung der Polarisation mit dem Jones-Formalismus.- A4.1 Jones-Vektoren.- A4.2 Polarisationsoptische Bauelemente und Jones-Matrizen.- A4.2.1 Linearpolarisator.- A4.2.2 Linearer Retarder (lineare Doppelbrechung, lineare optische Anisotropie).- A4.2.3 Zirkularer Retarder (zirkuläre Doppelbrechung, zirkuläre optische Anisotropie).- A4.2.4 Eigenzustände polarisationsoptischer Bauelemente.- A5 Anhang: Vereinfachte mathematische Beschreibung von Kopplern mit Einmoden-LWL.- A6 Anhang: Transversaler Pockels-Effekt (transversaler linearer elektrooptischer Effekt).- Literaturvierzeichnis.