Optoelektronik

Frontmatter

1. Einführung

Zusammenfassung

Die Optoelektronik ist als neue Disziplin aus den klassischen Arbeitsgebieten der Nachrichtentechnik und Optik hervorgegangen. Sie ist vor allem gekennzeichnet durch das Vordringen der Elektronik in den Bereich der bisher mehr der Physik zugeordneten Optik und konnte um so mehr Eigenständigkeit entwickeln, wie die Elektronik durch Steigerung der Integrationsdichte die Verwirklichung immer komplexerer Aufgabenstellungen ermöglichte.

Dirk Jansen

2. Grundlagen der Optik

Zusammenfassung

Für den Entwurf optoelektronischer Systeme wird ein Minimum an optischen Kenntnissen benötigt, die hier aufgeführt werden sollen. Der Leser soll in die Lage versetzt werden

• einfache optische Systeme geometrisch zu berechnen,
• das Auflösungsvermögen von Objektiven wellenoptisch zu deuten,
• die Zusammenhänge zwischen der Wellennatur des Lichtes und der quantenoptischen Beschreibung zu deuten.

Dirk Jansen

3. Physik der optischen Strahlung

Zusammenfassung

Der sichtbare Bereich ist nur ein sehr kleiner Teil des gesamten elektromagnetischen Spektrums Bild 3.1, welches sich über 24 Dekaden der Wellenlänge erstreckt. Der optische Bereich ist hiervon nur ein kleiner Ausschnitt, der sichtbare Bereich wiederum nur ein kleiner Ausschnitt des optischen Spektrums.

Dirk Jansen

4. Lumineszenzstrahlungsquellen

Zusammenfassung

Wie schon zuvor dargestellt, wird elektromagnetische Strahlung durch Photonen übertragen, die eine ihrer Wellenlänge umgekehrt proportionale Energie besitzen. Diese Energie können sie durch die thermischen Prozesse in Form von Gitterschwingungen erhalten, was zu der Planckschen Strahlung des Körpers führt.

Dirk Jansen

5. Strahlungsdetektoren

Zusammenfassung

Strahlungsdetektoren können auf sehr unterschiedlichen Wirkprinzipien basieren. Eine grobe Übersicht vermittelt folgende Darstellung:

• Strahlungsdetektoren

  • Photonendetektoren
  • thermische Detektoren
  • Strahlungsfelddetektoren

Dirk Jansen

6. Optische Übertragungstechnik mit Lichtwellenleitern

Zusammenfassung

Die LWL-Technik hat heute größte Bedeutung im nachrichtentechnischen Bereich gewonnen, wo sie in naher Zukunft bald alle Koaxialkabel verdrängen wird. Maßgebend hierfür sind folgende einzigartige Eigenschaften:

• sehr geringe Dämpfung von heute < 0,5 dB/km,
• sehr hohe Bandbreite,
• kein Übersprechen zwischen Leitungen,
• leicht, dünn und preiswert,
• keine Potentialverbindung zwischen Endstellen,
• für digitale Modulation bestens geeignet.

Dirk Jansen

7. Optische Datenübertragungssysteme

Zusammenfassung

Über Lichtwellenleiter können große Mengen an Daten in kurzer Zeit übertragen werden. Damit stellt die optische Nachrichtentechnik ein breitbandiges Medium für die Nachrichtentechnik bereit, wobe gegenüber der bisherigen Übertragungstechnik mit Breitband-Koaxialkabeln und Mikrowellenverbindungen erhebliche technologische und auch kostenmäßige Fortschritte zu verzeichnen sind. Tatsächlich werden heute weltweit neue Fernverbindungen und seit einigen Jahren auch Seekabel überwiegend als optische LWL-Verbindungen errichtet. Die Entwicklungs-tendenzen im öffentlichen Kommunikationssektor sind gekennzeichnet durch:

• Installation von Monomode LWL-Verbindungen zwischen allen Knotenämtern im Inland und für wichtige internationale Verbindungen,
• Installation wichtiger Seeverbindungen in LWL-Technik, u.a. USA—EUROPA, USA—Japan,
• Führung von LWL-Monomode-Anschlüssen zu wichtigen Netz-Teilnehmern im Rahmen von Breitband-ISDN, Realisierung von TV-Konferenzen u.a. Breitbanddienste,
• langfristig Anschluß auch von Privathaushalten an das LWL-Kommunikationsnetz zur Errichtung bzw. Verbreitung neuer Dienste wie z.B. Bildtelefon,
• langfristig Versorgung der Haushalte mit über 60 Fernsehkanälen über LWL in Kombination mit den üblichen Kommunikationsmitteln wie Telefon, Fax, E-Mail, Bildtelefon usw..

Dirk Jansen

8. Optische Netzwerke und Bussysteme

Zusammenfassung

Die einzelne LWL-Verbindung ist die Ausnahme. Abgesehen vom öffentlichen Fernsprechnetz finden sich insbesondere im industriellen Bereich eine Vielzahl von LWL-Netzen, die sehr unterschiedlich organisiert sein können. In vielen Fällen lehnen sich diese Netze an die LAN-Konzepte an, mit denen sie teilweise sogar kompatibel sind (LWL-Ethernet). Grundsätzlich kann ein Netz eine Sternstruktur (Bild 8.1), eine Busstruktur (Bild 8.3) oder eine Ringstruktur (Bild 8.5) aufweisen.

Dirk Jansen

9. Integrierte Optik

Zusammenfassung

Bei dem Aufbau von Bussystemen aber auch in zahlreichen anderen Anwendungen benötigt man elektrooptische Komponenten, die eine Beeinflussung des Lichtes durch elektrische Signale erlauben. Darüberhinaus benötigt man Koppler, Verzweiger und andere passive Komponenten im Zusammenhang mit der LWL-Technik.

Dirk Jansen

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