Optische Nachrichtensysteme und Sensornetzwerke

Frontmatter

1. Einleitung

Zusammenfassung

Historie. Optische Erscheinungen weckten schon vor Tausenden von Jahren das Interesse der Menschen. So übermittelte man am Anfang der Menschwerdung Informationen mit Rauchzeichen.

Reiner Thiele

2. Signale, Systeme, Felder und Netzwerke

Zusammenfassung

Optische Nachrichtensysteme und Sensornetzwerke sowie deren Komponenten lassen sich durch Signale an ihren Ein- und Ausgängen beschreiben. Dabei versucht man, möglichst einfache Signale an die Eingänge anzulegen, um mit ihrer Hilfe die Systemreaktionen an den Ausgängen ebenfalls einfach messen oder berechnen zu können. Die zeitlichen und spektralen Verläufe von Ein- und Ausgangssignalen geben über das Verhalten bzw. die Eigenschaften des Systems oder Netzwerkes Auskunft. Wir befassen uns daher im Abschnitt 2.1 zuerst mit Signalen, bevor damit im Abschnitt 2.2 Systeme beschrieben werden.

Reiner Thiele

3. Erscheinungsform Licht

Zusammenfassung

Albert Einstein erklärte den dialektischen Zusammenhang zwischen der Wellen- und Korpuskularvorstellung des Lichtes. Im Wellenmodell wird Licht bei seiner Ausbreitung als elektromagnetische Welle aufgefasst. Das Teilchenmodell gründet sich auf die Quantenoptik und ermöglicht die Erklärung von Phänomenen, die mit dem Wellenmodell nicht erfasst werden können. Der Anwendungsbereich der Modelle wird im Abschnitt 3.1 diskutiert. In den Abschnitten 3.2 und 3.3 sind Wellen- und Teilchenmodell im Einzelnen beschrieben.

Reiner Thiele

4. Basiskomponenten optischer Nachrichtensysteme und Sensornetzwerke

Zusammenfassung

Mit Hilfe der im Kapitel 2 und 3 dargestellten mathematischen und physikalischen Grundlagen erfolgt im Kapitel 4 die system- und feldtheoretische Beschreibung der Basiskomponenten optischer Nachrichtensysteme und Sensornetzwerke. Basiskomponenten sind Laserdioden, optische Modulatoren, Monomode-LWL, faseroptische Verstärker, optische Koppler und Polarisatoren, Retarder, Rotatoren, optische Isolatoren sowie Photodioden. Sie treten sowohl in optischen Übertragungssystemen als auch in faseroptischen Sensornetzwerken auf.

Reiner Thiele

5. Optische Nachrichtensysteme mit Direktempfang

Zusammenfassung

Die Anforderungen an digitale Nachrichtensysteme werden in der heutigen Zeit durch den wachsenden Datenverkehr immer größer. Das gilt auch für die optischen Übertragungsstrecken, die mit Monomode-Lichtwellenleitern das Rückgrat moderner Kommunikationsnetze bilden. Es wird versucht, immer mehr Informationen über eine einzige Glasfaser zu übertragen. Das gelingt durch die Anwendung von Multiplexverfahren. Diesem Streben wirken jedoch lineare und nichtlineare Effekte entgegen, die Gegenstand des Kapitels 5 sind.

Reiner Thiele

6. Optische Nachrichtensysteme mit Überlagerungsempfang

Zusammenfassung

Im Kapitel 5 wurden optische Nachrichtensysteme mit Direktempfang behandelt. Eine Alternative zum Nachrichtensystem mit Direktempfang sind optische Systeme mit Überlagerungsempfänger.

Reiner Thiele

7. Faseroptische Sensornetzwerke

Zusammenfassung

Die faseroptische Sensortechnik ist ein relativ junges und sich dynamisch entwickelndes Gebiet der modernen Messtechnik. Zunehmende Bedeutung erlangen Berechnungsverfahren für faseroptische Sensoren, die zur Messung physikalischer Größen auf der Basis verschiedener Effekte eingesetzt werden. Diese Verfahren beruhen auf der Anwendung der System- sowie Netzwerktheorie und ermöglichen sowohl eine einheitliche Beschreibung der rein optischen, optoelektronischen und elektronischen Teilsysteme als auch des gesamten Sensors. Dabei spielt der Jones-Kalkül als Beschreibungsform bei uns eine zentrale Rolle neben der Darstellung der Eigenschaften der optischen Netzwerke mit Hilfe von Streumatrizen und Signalflussgraphen.

Reiner Thiele

8. Messverfahren

Zusammenfassung

Im Kapitel 8 erfolgt die Erläuterung wichtiger Messprinzipien der optischen Nachrichtentechnik. Dabei steht bei Laserdioden, Monomode-LWL, faseroptischen Verstärkern und optischen Nachrichtensystemen die Ermittlung funktionsbestimmender Parameter im Vordergrund. Im Gegensatz dazu soll beim Empfänger erklärt werden, wie dieser zur Gewinnung von Kennwerten und Kennfunktionen anderer Komponenten oder gesamter Systeme einsetzbar ist.

Reiner Thiele

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