In diesem Versuch sollen einige Eigenschaften von Lichtwellenleitern (im Folgenden „LWL“) kennengelernt und ihre Handhabung geübt werden. Dabei soll vor allem die numerische Apertur und die Leistungsdämpfung von Multimodefasern und das Modenprofil von Monomodefasern gemessen werden.
Inhaltsverzeichnis
1. Versuchsziel
2. Theoretische Grundlagen
2.1 Aufbau von Lichtwellenleitern
2.2 Reflexion
2.3 Numerische Apertur
2.4 V-Parameter
2.5 Dämpfung
2.6 Fehlerrechnung
3. Versuchsteil 1: Messung der Numerischen Apertur
3.1 Versuchsaufbau
3.2 Versuchsergebnisse
4. Versuchsteil 2: Messung der Dämpfung
4.1 Versuchsaufbau
4.2 Versuchsergebnisse
5. Versuchsteil 3: Messen der Gaußform der ersten Mode
5.1 Versuchsaufbau
5.2 Versuchsergebnisse
6. Fazit
Zielsetzung & Themen
Das primäre Ziel dieses Versuchsprotokolls ist die praktische Untersuchung fundamentaler physikalischer Eigenschaften von Lichtwellenleitern (LWL). Hierbei soll insbesondere der Umgang mit Glasfasern erlernt und zentrale Kenngrößen unter Verwendung verschiedener Messmethoden bestimmt werden.
- Bestimmung der numerischen Apertur von Multimodefasern
- Messung der Leistungsdämpfung mittels Cut-Back-Verfahren
- Analyse der Intensitätsverteilung und Gaußform der ersten Mode in Monomodefasern
- Grundlagen der Lichtleitung durch Totalreflexion und Faseraufbau
- Anwendung der Gaußschen Fehlerfortpflanzung bei physikalischen Messungen
Auszug aus dem Buch
2.2 Reflexion
Die Funktion der LWL beruht auf dem Prinzip der Totalreflexion. Weil Licht an einem Übergang von einem Medium zum anderen (wenn diese eine unterschiedliche Mediendichte haben) gebrochen wird, kann es bei bestimmten Winkeln zu Totalreflexion kommen. Das heißt das Licht wird nicht mehr aus dem Medium heraus geleitet, sondern wieder in es zurück gebrochen.
Um den Einfluss des Eintrittwinkels auf sein Reflexionsverhalten zu berechnen, können wir das Snelliussche Gesetz anwenden:
n_L sin α = n_K sin β
n_K sin γ = n_M sin δ
Die Achse der Faser soll Senkrecht auf der Frontfläche stehen. Dann sind β + γ = 90° oder, wie man das auch ausdrücken kann:
sin β = cos γ
Und somit auch:
sin β = √1 - cos(γ)²
Bei Totalreflexion muss der Sinus des Grenzwinkels sin δ_G = 1 sein. Damit lässt sich das Senlliussche Gesetz auf folgende Form bringen:
sin γ_G = n_M / n_K
Zusammenfassung der Kapitel
1. Versuchsziel: Einführung in die Zielsetzung, die Eigenschaften von Lichtwellenleitern sowie die Messung von Apertur, Dämpfung und Modenprofil zu untersuchen.
2. Theoretische Grundlagen: Erläuterung der physikalischen Basis, darunter Faseraufbau, Reflexionsgesetze, Apertur, V-Parameter und Dämpfungsfaktoren.
3. Versuchsteil 1: Messung der Numerischen Apertur: Beschreibung des Versuchsaufbaus und der Auswertung zur Bestimmung der numerischen Apertur anhand der Kegel-Methode.
4. Versuchsteil 2: Messung der Dämpfung: Erläuterung der Cut-Back-Methode zur Bestimmung des Dämpfungskoeffizienten und Vergleich mit Herstellerdaten.
5. Versuchsteil 3: Messen der Gaußform der ersten Mode: Analyse der Intensitätsverteilung einer Monomode-Faser und Abgleich mit einer theoretischen Gaußkurve.
6. Fazit: Zusammenfassende Bewertung des Experimenterfolgs und Reflexion über die gewonnene praktische Erfahrung im Umgang mit Lichtwellenleitern.
Schlüsselwörter
Lichtwellenleiter, LWL, Numerische Apertur, Totalreflexion, Multimodefaser, Monomodefaser, Dämpfung, Cut-Back-Methode, Gaußverteilung, Modenprofil, V-Parameter, Fehlerfortpflanzung, Glasfaser, Lichtübertragung, Intensitätsmessung
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Es handelt sich um ein physikalisches Praktikumsprotokoll, das die experimentelle Untersuchung von Eigenschaften verschiedener Lichtwellenleitertypen dokumentiert.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die Arbeit behandelt die Optik von Glasfasern, insbesondere das Reflexionsverhalten, die Signalübertragung und die Intensitätscharakteristik innerhalb von Fasern.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Ziel ist es, die numerische Apertur, die Leistungsdämpfung und das Modenprofil praktisch zu bestimmen und theoretisch zu validieren.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Verwendet werden verschiedene optische Messaufbauten, darunter die Kegel-Methode zur Aperturbestimmung und die Cut-Back-Methode zur Dämpfungsmessung.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil ist in drei konkrete Versuchsteile unterteilt, die sich mit der Vermessung von Multimode- und Monomodefasern unter Berücksichtigung theoretischer Fehlerrechnungen befassen.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Zu den wichtigsten Begriffen zählen Lichtwellenleiter, numerische Apertur, Dämpfung, Gaußverteilung und Modenanalyse.
Warum ist das Fernfeld für den dritten Versuchsteil relevant?
Das Fernfeld ist entscheidend, da erst in ausreichender Entfernung von der Austrittsfläche der Einfluss des Kerndurchmessers auf die Intensitätsverteilung vernachlässigt werden kann.
Wie wurde der Dämpfungskoeffizient in Versuchsteil 2 berechnet?
Der Koeffizient wurde über das logarithmische Verhältnis der Intensitäten nach dem Durchlaufen verschiedener Faserlängen mittels der sogenannten Cut-Back-Methode ermittelt.
- Quote paper
- Jan Hoppe (Author), 2010, Lichtwellenleiter - Protokoll zum Versuch, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/176127
