Die Übertragung von Informationen über große Distanzen gehört seit jeher zu den zentralen Herausforderungen der Menschheit. Bereits in der Antike wurden innovative Methoden entwickelt, um Nachrichten schnell und zuverlässig zu übermitteln. Eine der frühesten und wirkungsvollsten Technologien war die optische Übertragung, bei der Licht als Träger von Informationen genutzt wurde.
Von einfachen Signalfeuern und Rauchzeichen bis hin zu komplexeren Systemen wie der Heliographie, den Fackelsignalen des Polybios oder der optischen Telegraphie entwickelte sich die optische Kommunikation kontinuierlich weiter. Diese Technologien legten den Grundstein für moderne optische Übertragungsverfahren, die heute eine zentrale Rolle spielen. Glasfaserkabel ermöglichen es, riesige Datenmengen kontinuierlich über die gesamte Welt zu übertragen.
In dieser Facharbeit wird zunächst der Fokus auf die historischen Anfänge und Meilensteine der optischen Übertragungstechnik gelegt, bevor im weiteren Verlauf ein umfassendes Verständnis für die Funktionsweise von Lichtwellenleitern sowie deren Pendant in der optischen Freiraumkommunikation erarbeitet wird.
Inhaltsverzeichnis:
1 Einleitung
2 Historie
2.1 AntikeSignalfeuer
2.2 Heliographie
2.3 Optische Telegraphie
2.4 Photophon
3 Lichtwellenleiter
3.1 Prinzip der optischen Übertragungstechnik
3.2 Aufbau eines Lichtwellenleiter
3.3 Totalreflexion
3.4 Dämpfung
3.4.1 Absorption
3.4.2 Streuungs- & Strahlungsverluste
3.4.3 Makro- und Mikrobiegeverluste
3.5 Multimode-Lichtwellenleiter
3.5.1 Stufenprofil-LWL
3.5.2 Gradientprofil-LWL
3.6 Materialdispersion
3.7 Singlemode-Lichtwellenleiter
3.7.1 Fasern im Raummultiplex
3.8 Polarisationsmodendispersion
4 Optische Freiraumkommunikation
5 Fazit
6 Anhang
6.1 Quellenverzeichnis
6.2 Abbildungsverzeichnis
1 Einleitung
Die Übertragung von Informationen über große Distanzen gehört seit jeher zu den zentralen Herausforderungen der Menschheit. Bereits in der Antike wurden innovative Me - thoden entwickelt, um Nachrichten schnell und zuverlässig zu übermitteln. Eine der frühesten und wirkungsvollsten Technologien war die optische Übertragung, bei der Licht als Träger von Informationen genutzt wurde.
Von einfachen Signalfeuern und Rauchzeichen bis hin zu komplexeren Systemen wie der Heliographie, den Fackelsignalen des Polybios oder der optischen Telegraphie entwickelte sich die optische Kommunikation kontinuierlich weiter. Diese Technologien legten den Grundstein für moderne optische Übertragungsverfahren, die heute eine zentrale Rolle spielen. Glasfaserkabel ermöglichen es, riesige Datenmengen kontinuierlich über die gesamte Welt zu übertragen.
In dieser Facharbeit wird zunächst der Fokus auf die historischen Anfänge und Meilensteine der optischen Übertragungstechnik gelegt, bevor im weiteren Verlauf ein umfas - sendes Verständnis für die Funktionsweise von Lichtwellenleitern sowie deren Pendant in der optischen Freiraumkommunikation erarbeitet wird.
2 Historie
Wenn man in die Historie zurückschaut, stellt man fest, dass Menschen schon immer ihren Einfallsreichtum genutzt haben, um die Kommunikation über große Distanzen zu erleichtern. Häufig waren dabei optische Kommunikationsmittel die bevorzugte Wahl. Angefangen bei einfachen Signalfeuern, die grundlegende Botschaften wie Sieg oder Gefahr übermittelten, entwickelte sich die Technologie über die Heliographie, bei der Sonnenlicht reflektiert wurde, hin zu komplexen optischen Telegrafensystemen, die Buchstaben und Wörter kodieren konnten. Ein Meilenstein im 19. Jahrhundert war das Photophon, das erstmals moduliertes Licht für die Übertragung von Sprache nutzte und damit den Übergang zur modernen optischen Kommunikation einleitete. Im Folgenden werden diese Meilensteine der optischen Kommunikation sowie ihre Bedeutung für die Informationsübertragung näher beleuchtet.
2.1 Antike Signalfeuer
Die Ursprünge der optischen Kommunikation lassen sich bis zu antiken Signalfeuem und Rauchzeichen zurückverfolgen. Bereits 1184 v. Chr. überlieferte der griechische Dichter Aischylos in seinem Werk, dass der Sieg der Griechen über die Trojaner mithilfe einer 555 km langen Feuerzeichenkette von Troja bis nach Argos übermittelt wurde. Eine solche Übermittlung war durch folgendes einfache Prinzip möglich: Ein angezündetes Feuer an einer Station bedeutete den Sieg, und dieses Signal wurde von einer Station zur nächsten weitergegeben, bis es schließlich in Argos ankam.[1]
Abb. in Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 1: Grafik der Distanzen und Höhen der Leuchtfeuerstationen des Agamemnon laut Aischylos [Leuchtfeuerstationen 2011]
Diese Art der Übertragung war jedoch äußerst rudimentär und undifferenziert, da sie lediglich die Botschaft „Sieg“ übermitteln konnte, ohne weitere Details zu ermöglichen. Außerdem waren eine dauerhafte Besetzung der Posten und ideale Sichtverhältnisse nötig, um einen solchen Nachrichtenverkehr umzusetzen.
Um die Kommunikation über längere Strecken zu präzisieren, entwickelte Polybios (200 v. Chr. - 120 v. Chr.) ein System, das mithilfe von Fackelsignalen das vollständige griechische Alphabet darstellen konnte. Er platzierte ein bis fünf Fackeln hinter zwei aufgestellten Holztafeln, ließ abwechselnd eine bestimmte Anzahl von ihnen verschwinden und wieder erscheinen und entwickelte eine Tabelle, mit der man mithilfe von zwei solcher Signale einen Buchstaben ableiten konnte. Mit dieser Erfindung war es zum ersten Mal möglich, jegliche Botschaft über eine längere Distanz zu telegraphieren. Dies setzte den ersten Meilenstein in der optischen Übertragungstechnik.
Abb. in Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 2: Fackeltelegraphie des Polybios [Polybios Telegrafentechnologie 2010]
Dieses System hatte jedoch den Nachteil, dass die Sichtbarkeit solcher vergleichsweise kleinen Fackelsignale über größere Distanzen eingeschränkt war. Um dem entgegenzuwirken, wurden die Signalstationen bevorzugt auf Bergen oder Anhöhen errichtet, um die Reichweite zu maximieren. Zusätzlich kamen sogenannte Diopter, bestehend aus zwei Röhren, zum Einsatz, die eine präzisere Ausrichtung und Ablesung der Signale ermöglichten.[2]
2.2 Heliographie
Eine ebenso alte, jedoch auch in modernerer Zeit verwendete Technik ist die Heliographie (auch Spiegeltelegraphie genannt). Diese Technologie bündelt das Sonnenlicht und reflektiert es zu einem entfernten Beobachter, der die Lichtblitze mithilfe von Morsezeichen als Nachrichten interpretieren konnte.
Abb. in Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 3: Heliograph im Einsatz in Ostafrika [Übung am Heliograph 1906-1918]
Die erste überlieferte Nutzung einer solchen Technik geht auf 405 v. Chr. zurück, als Xenophon beschrieb, wie die Griechen in der Antike polierte Schilde einsetzten, um Signale während Schlachten zu übermitteln. Später wurde die Heliographie im Ersten Weltkrieg, häufig in Form eines Feldtelegraphen, von verschiedenen Truppen verwendet. Der letzte militärisch dokumentierte Einsatz erfolgte 1980 durch die Afghanen während der sowjetischen Invasion in Afghanistan.
Die starke Wetterabhängigkeit dieser Technologie ist vermutlich der Grund, warum sie kaum noch zum Einsatz kommt, da sie sowohl auf starken Sonnenschein als auch auf geringe Luftfeuchtigkeit angewiesen ist. Allerdings sieht man schon in dieser Technologie einige Ähnlichkeiten zur modernen optischen Freiraumkommunikation (siehe Kapitel 4).[3]
2.3 Optische Telegraphie
Die optische Telegraphie war ein entscheidender Meilenstein in der Geschichte der Fernkommunikation. Sie ermöglichte erstmals die schnelle und systematische Übertragung komplexer Nachrichten über weite Entfernungen, lange bevor elektrische Telegraphen erfunden wurden. Diese Technologie war ein bedeutender Fortschritt gegenüber früheren optischen Kommunikationsmethoden wie Signalfeuern oder der Heliographie und wurde als erste optische Technologie großflächig für militärische und staatliche Zwecke eingesetzt.
Die optische Telegraphie basierte auf einzelnen Turmstationen mit Signalmasten, die in einem Übertragungsnetz angeordnet waren. Jede Station lag etwa 10 bis 30 km von der Nächsten entfernt. In jeder Station war mindestens eine Person dafür verantwortlich, die Signale der benachbarten Türme zu beobachten, zu notieren und gegebenenfalls zu de - kodieren. Anschließend übermittelte sie das neue Signal an den sogenannten Signalgast, der die entsprechenden Zeichen am Mast einstellte. In manchen Stationen waren zusätzliche Personen im Einsatz, etwa zur Protokollierung oder zur Unterstützung bei der Bedienung der Signalsteuerung.
Der Einfachheit halber werde ich mich auf die Signalanlage der französischen optischen Telegrafie nach Claude Chappe konzentrieren, welches das erste System dieser Art war. Es ist jedoch wichtig zu wissen, dass diese Idee später weiterentwickelt und angepasst wurde, etwa durch zusätzliche Indikatorstellungen oder mehrere Signalanlagen pro Station.
Die Signalanlage von Chappe bestand aus einem hohen Mast mit einem Querbalken (Regulator) und zwei beweglichen Armen an den Enden. Diese Elemente konnten in 45°-Schritten verstellt werden, wodurch theoretisch 196 verschiedene Positionen möglich waren. Diese Art von Signalanlage wird Semaphor genannt.
In der Praxis wurden jedoch nur 92 Stellungen genutzt, da der Regulator aus Gründen der Einfachheit nur in horizontaler oder vertikaler Position verwendet wurde. Die Nachrichtenübertragung erfolgte mittels eines Codebuchs mit 92 Seiten und 92 Zeilen, sodass insgesamt 8464
Abb. in Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 4: Schemazeichnung eines Signalmasten nach Chappe-System[Hoffmann 2014]
Wörter durch zwei aufeinanderfolgende Signale dargestellt werden konnte.
Das Besondere an der optischen Telegraphie-Technologie war, dass zum ersten Mal ein langfristig bestehendes optisches Kommunikationsnetz entstand, das zeigte, wie gut Licht als Medium für systematische Kommunikation geeignet ist. Obwohl es noch einige Probleme gab, wie Reichweiten- und Wetterbegrenzungen, niedrige Datenraten und Sicherheitsrisiken (durch Ausspähung und Dekodierung der Signale durch Dritte), ebnete diese Erfindung den Weg für optische Datenübertragungssysteme, wie wir sie heute kennen.[4]
Abb. in Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 5: Schemazeichnung der Sendeeinheit des Photophon von Alexander Graham Bell [Schemazeichnung Photophon 1882]
2.4 Photophon
Den letzten geschichtlichen Meilenstein, den wir nun betrachten wollen, stellt die Erfindung des Photophons durch den Wissenschaftler Alexander Graham Bell dar. Das Photophon war eine der ersten Technologien zur drahtlosen Übertragung von Sprache unter der Verwendung von Licht. Interessanterweise betrachtete Bell diese Erfindung als seine Bedeutendste, obwohl er zuvor mit dem Telefon bereits die Telekommunikation revolutioniert hatte.
Das Photophon funktionierte, indem es Licht über einen Spiegel modulierte, der nicht fest verankert war, sondern weich und vibrationsfähig. Wenn Schallwellen auf den Spiegel trafen, wurde dieser in Schwingung versetzt und das modulierte Licht auf einen entfernten Empfänger gelenkt. Dort traf der Lichtstrahl auf eine Selenzelle, die durch darauffolgende elektrische Widerstandsänderungen ein elektrisches Signal erzeugte, das anschließend über einen Telefonhörer wieder in hörbare Sprache transformiert werden konnte.
Das Photophon ist, wie alle optischen Übertragungsmittel, die Luft als Medium nutzen, durch das Wetter und generelle Absorptionen beeinträchtigt. Allerdings gelang es Graham Bell selbst zu Lebzeiten, im Juni 1880 eine Sprachübertragung über 218 Meter zu ermöglichen - 19 Jahre vor der ersten Sprachübertragung per Radio.5
3 Lichtwellenleiter
Lichtwellenleiter gehören heutzutage zu einer der wichtigsten Technologien, um die ständig wachsenden Anforderungen an digitale Vernetzung zu ermöglichen. Mit Licht als Trägermedium ermöglichen diese einen schnellen, effizienten und nahezu verlustfreien Datenverkehr über hunderte von Kilometern. Da Lichtwellenleiter eine hohe Bandbreite, geringe Dämpfung und Unempfindlichkeit gegenüber elektromagnetischen Störungen aufweisen, sind sie heutzutage die weitverbreiteste und überlegenste Kommunikationstechnologie der Welt.
3.1 Prinzip der optischen Übertragungstechnik
Das Prinzip der optischen Übertragungstechnik gilt sowohl für Lichtwellenleiter (LWL) als auch für die Freiraumausbreitung. Im Folgenden werde ich michjedoch auf LWL beschränken.
Um ein analoges oder digitales Signal optisch zu übertragen, wird es zunächst im Sendemodul aufbereitet (moduliert) und anschließend von einer Leuchtdiode (Laser/Lu- mineszenz) in ein optisches Signal umgewandelt. Dieses optische Signal wird in den LWL eingekoppelt, der es weiter zur Photodiode des Empfängermoduls leitet. Die Photodiode empfängt das Signal und übernimmt die optisch-elektrische Wandlung. Das nun elektrische Signal wird gegebenenfalls anschließend verstärkt und demoduliert.
Abb. in Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 6: Prinzip der optischen Informationsübertragung [Eberlein 2021]
Ein Übertragungssystem ist entweder dämpfungs- oder dispersionsbegrenzt. Die Dämpfungsbegrenzung tritt auf, wenn die am Empfänger ankommende Leistung so stark abnimmt, dass sie nicht mehr fehlerfrei detektiert werden kann. Die Dispersionsbegrenzung bedeutet, dass sich die von der Sendediode ausgesendeten Lichtimpulse im Leiter so stark ausbreitet haben, dass der Empfänger die Einzelsignale nicht mehr klar voneinander unterscheiden kann.
Die Komponenten eines Übertragungssystems (Sender, Lichtwellenleiter und Empfänger) sollten stets so ausgewählt werden, dass sie den spezifischen Anforderungen ent sprechen. Es ist ineffizient, die Dämpfung stärker zu reduzieren als die Dispersion oder umgekehrt, da beide Faktoren gleichermaßen die Leistungsfähigkeit des Systems beeinflussen.6
3.2 Aufbau eines Lichtwellenleiter
Jeder Lichtwellenleiter besteht aus einem Kern mit dem Durchmesser dK und einem Mantel mit dem Durchmesser dM. Der Kern und der Mantel sind die beiden zentralen Elemente für die Signalübertragung. Zum Schutz dieser sensiblen Komponenten wird eine zweischichtige Schutzhülle (Coating) aufgetragen. Die erste Schutzschicht ist weich und sorgt für eine erhöhte Unempfindlichkeit gegenüber Mikrobiegungen und Schutz vor Signalverlust. Die zweite Schutzschicht hingegen ist hart und robust und bietet zuverlässigen Schutz vor mechanischen Beschädigungen.7
Abb. in Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 7: Aufbau einer LWL-Faser [Eberlein 2021]
3.3 Totalreflexion
Um die nachfolgende Erläuterung der verschiedenen Typen von Lichtwellenleitern nachvollziehen zu können, ist es wichtig, zunächst das Prinzip der Totalreflexion zu verstehen, welches die theoretisch verlustfreie Signalübertragung in Lichtwellenleitern ermöglicht. Dieses Prinzip besagt folgendes:
„Fällt ein Lichtstrahl auf die Grenzfläche zwischen einem optisch dichteren Medium mit der Brechzahl n i und einem optisch dünneren Medium mit der Brechzahl n 2 , so wird dieser Strahl in Abhängigkeit von seinem Einfallswinkel entweder gebrochen oder reflektiert. “ ~ Dieter Eberlein[8]
Abb. in Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 8: Änderung der Strahlrichtung zwischen zwei Medien [Eberlein 2021]
Optisch dichteres Medium bedeutet größere Brechzahl, also gilt n > n2. Der Zusammenhang zwischen Einfallswinkel a 1 und dem Austrittswinkel a 2 wird durch das Snellius- sche Brechungsgesetz beschrieben:
Abb. in Leseprobe nicht enthalten
Der Einfallswinkel des Lichtstrahls darf beim Auftreffen auf die Grenzfläche 45° nicht überschreiten, da der Strahl sonst in den Mantel hinein gebrochen wird und eine starke
Abb. in Leseprobe nicht enthalten
Dämpfung erfährt, da er nicht mehr durch Totalreflexion im Kern gehalten wird und somit Energie nach außen verliert. Um dies zu beschreiben, ergibt sich ein sogenannter Akzeptanzkegel.
Dieser beschreibt den maximalen Winkelbereich, innerhalb dessen einfallende Lichtstrahlen so in den Kern eintreten, dass sie durch Totalreflexion vollständig weitergeleitet werden können (Abbildung 9).[9]
3.4 Dämpfung
Einer der begrenzenden Effekte, der in jedem LWL auftritt, ist die Dämpfung, welche die Signalstärke (Leistung) mit zunehmender Übertragungsstrecke exponentiell verringert. Die gängige definierte Funktion in Dezibel lautet:
Abb. in Leseprobe nicht enthalten
Der Dämpfungskoeffizient a ist die auf die LWL-Länge bezogene Dämpfung und ein wichtiger Leiterparameter, welcher in dB/km angegeben wird. Für Fensterglas liegt der Dämpfungskoeffizient bei 25.000 dB/km und bei modernen Unterseekabeln bei 0,16 dB/km, welches die enorme industrielle Herausforderung verdeutlicht, um solch ein reines Glass herzustellen.[10]
3.4.1 Absorption
Die Absorption ist ein zentraler Dämpfungsmechanismus in Lichtwellenleitern, bei dem ein Teil der Leistung durch das Fasermaterial aufgenommen wird. Sie wird durch verschiedene Faktoren beeinflusst. Die Verunreinigungen durch Metall-Ionen verursacht starke Dämpfung, kann aber dank moderner Herstellungsverfahren zur Produktion von hochreinem Glas weitgehend eliminiert werden.
Hydroxyl-Ionen (OH ) und OH-Radikale führen zu Waterpeaks bei Wellenlängen von 0,945 pm, 1,24 pm und 1,383 pm, die nur schwer durch herkömmliche Herstellungsverfahren zu umgehen sind. Daher werden bevorzugt Wellenlängen mit größtmöglichem Abstand zu diesen Dämpfungsmaxima genutzt werden. Allerdings gibt es Hersteller, die für Singlemode-LWL (siehe Kapitel 3.7) besondere Herstellungsprozesse entwickelt haben, um diese Waterpeaks zu eliminieren und ein größeres Frequenzspektrum nutzen zu können.
Abb. in Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 10: Unterschiedliche Dämpfungskoeffizienten im Vergleich in einer Funktion [Eberlein 2021]
Zusätzlich begrenzt die Eigenabsorption des Glasmaterials das nutzbare Spektrum - im UV-Bereich durch elektronische Übergänge (Anregung von Elektronen auf höhere Energieniveaus) und im langwelligen Infrarot durch Molekülschwingungen (Schwingungen der Atomgitter im Glas).[11]
3.4.2 Streuungs- & Strahlungsverluste
Nichtlineare Streueffekte wie die Raman- oder Brillouinstreuung, die nur bei sehr hohen Leistungen auftreten, werden wir aufgrund der geringen Relevanz im Datenverkehr mit Standard-Glasfasern nicht weiter betrachten. Viel relevanter für uns ist die Rayleigh- streuung, die durch Brechzahl- und Dichtenfluktuationen im Glas entsteht. Sie ist im Herstellungsprozess unvermeidbar, allerdings stark wellenlängenabhängig und nimmt mit zunehmender Wellenlänge kontinuierlich exponentiell ab.[12]
3.4.3 Makro- und Mikrobiegeverluste
Sowohl Makro- als auch Mikrobiegeverluste sind grundsätzlich vermeidbare Dämpfungsfaktoren. Makrobiegeverluste treten auf, wenn der Biegeradius bei der Verlegung zu klein ist. Bei Singlemode-LWL sollte er mindestens 30 mm, bei Multimode-LWL mindestens 15 mm betragen, da sonst langfristig Mikrorisse an der Glasoberfläche entstehen können, die das Risiko eines Faserbruchs erhöhen.
Mikrobiegeverluste entstehen durch kleinste Biegungen entlang des Lichtwellenleiters mit einer typischen Biegeamplitude von etwa 1 pm. Sie resultieren aus Fertigungsungenauigkeiten der Fasern oder Kabel und werden durch die Installation nicht beeinflusst.[13]
3.5 Multimode-Lichtwellenleiter
Die meisten Lichtwellenleiter, die für kurze und mittlere Distanzen genutzt werden, sind Multimode-LWL. Zwar erfüllen sie nicht die höchsten Standards der Datenübertragung, ermöglichen jedoch einen vergleichsweise kosteneffizienten Einsatz optischer Kommunikationstechnologie auf kurzen Strecken. Multimode-LWL zeichnen sich durch ihren vergleichsweise großen Kerndurchmesser aus und tragen ihren Namen, weil sie viele Lichtmoden (Strahlen mit unterschiedlichen Ausbreitungswegen) gleichzeitig übertragen.[14]
3.5.1 Stufenprofil-LWL
Der Stufenprofil-LWL erfüllt die niedrigsten Ansprüche an Dispersion und Dämpfung. Dabei gibt es jedoch Abstufungen in der Qualität, da solche Lichtwellenleiter aus unterschiedlichen Qualitätsstufen von Kunststoff oder Glas bestehen können. Der Name dieses LWL wird ersichtlich, wenn man den Verlauf des Brechungsindex im Querschnitt betrachtet: An der Kern-Mantel-Grenze sinkt der Brechungsindex abrupt ab, wodurch ein stufenförmiger Verlauf entsteht, genau wie es unserem bisherigen Wissen über den Aufbau von Lichtwellenleitern entspricht. Der Kern solcher Leiter ist im Durchmesser typischerweise zwischen 200pm und 1000pm groß.
Abb. in Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 11: Links Strahlenausbreitung im Stufenprofil- LWL und rechts Brechzahlprofil [Eberlein 2021]
In diesem Lichtwellenleiter tritt der stärkste Dispersionseffekt aufgrund der Multimodig- keit des Leiters auf. Die sogenannte Modendispersion beschreibt eine Form der Impulsverbreiterung, die entsteht, wenn die unterschiedlichen Lichtmoden aufgrund ihrer unterschiedlichen Ausbreitungswege verschiedene Laufzeiten haben. Beispielsweise legt ein Strahl mit maximalem Neigungswinkel eine Zickzack-Bewegung zurück, während ein Strahl ohne Neigungswinkel gerade durch den Lichtwellenleiter verläuft. Da die Ausbreitungsgeschwindigkeit beider Moden konstant ist, führt diese Laufzeitdifferenz zu einer Impulsverbreiterung und einer Abflachung des Signals, da das ankommende Signal zeitlich gestreckt wird.
Abb. in Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 12: ImpulsverbreiLung entlang des LWL nach immer größeren Zeitintervallen [Eberlein 2021]
Um diesem Dispersionseffekt entgegenzuwirken, kann entweder der Abstand zwischen den einzelnen Pulsen vergrößert werden, was jedoch die Bandbreite B reduziert, oder die Länge L des Lichtwellenleiters muss verkürzt werden. Aus diesen Parametern ergibt sich eine Proportionalitätvon: B ~ 1 / L
Das Produkt aus Bandbreite und
Strecke ist annähernd konstant (B ■ L = const.) und wird Brandbreite-Längen-Produkt (BLPmod) genannt. „MOD“ kennzeichnet, dass es sich auf die Modendispersion bezieht.
Brandbreite-Längen-Produkt: B M0D - L = BLP M0D
Das BLPmod dient als wichtiger Faserparameter und sollte vor der Kaufentscheidung immer eingesehen werden. Beispielweise bedeutet ein Bandbreite-Länge-Produkt von 350MHz ■ km, dass dieser Leiter auf 1km eine Frequenz von 350MHz übertragen kann oder auf 500m eine Frequenz von 700MHz.[15]
3.5.2 Gradientprofil-LWL
Der Gradientenprofil-LWL ist eine hinsichtlich der Dispersionseigenschaften verbesserte Weiterentwicklung des Stufenprofil-LWL. Einige dieser Fasern sind bereits für die Übertragung von 10/40/100-Gigabit-Ethernet-Netzen über mehrere hundert Meter geeignet. Um dies zu erreichen, muss er das zentrale Problem des Stufenprofil-LWLs stark reduzieren: die Modendispersion. Diese entsteht, weil sich verschiedene Lichtmoden auf unterschiedlichen Wegen ausbreiten und dadurch unterschiedliche Laufzeiten haben. Da sich die unterschiedlichen Ausbreitungswege in einem Multimode-LWL nicht verhindern lassen, wird stattdessen die Geschwindigkeit der Moden mit längerer Strecke erhöht oder die der Moden mit kürzerer Strecke verringert, um die Laufzeitunterschiede auszugleichen.
Für die Ausbreitungsgeschwindigkeit v von Licht in einem Medium mit Brechzahl n gilt: v = c / n für c « 299792 km/s. Das bedeutet, dass eine höhere Brechzahl n zu einer geringeren Ausbreitungsgeschwindigkeit v führt und umgekehrt.
Diesen Zusammenhang macht sich der Gradientenprofil-LWL zunutze: Anstatt wie beim Stufenprofil-LWL einen abrupten Übergang zwischen Kern und Mantel zu haben, weist der Gradientenprofil-LWL einen kontinuierlichen Brechungsindexverlauf auf, bei dem die Brechzahl vom Kernzentrum bis zum Mantel allmählich abnimmt. Dadurch nehmen die Moden, die auf geraden oder nahezu geraden Wegen verlaufen, zwar eine kürzere
Abb. in Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 13: Links Gradienprofil-LWL und rechts Brechzahlprofil [Eberlein 2021]
Strecke, bewegen sich jedoch durch Bereiche mit höherem Brechungsindex und damit geringerer Geschwindigkeit. Moden mit hohem Einfallswinkel, die durch den Kern eines Stufenprofil-LWL eine Zickzack-Bewegung zurücklegen würden, legen zwar eine längere Strecke zurück, durchqueren dabei jedoch Zonen mit niedrigerem Brechungsindex, wodurch ihre Momentangeschwindigkeit teilweise höher ist. In diesem Zusammenhang wird ein Potenzprofil definiert, welches den Verlauf des Brechzahlprofils simuliert:
Abb. in Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 14: Potenzprofile des Gradienprofil-LWL [Eberlein 2021]
Dabei ist ni die Brechzahl bei r = 0, m die Brechzahl an der Kern-Mantel-Grenze r = rK und g ist ein neu definierter Profilexponent, welcher den Verlauf des Gradientprofils verändert. Allerdings sind für uns nur Leiter mit g « 2 relevant, weil dieser Profilexponent ein Parabelprofil erzeugt, welches den generell optimalen Verlauf darstellt (mit leichten Abweichungen, je nach Wellenlänge und Eigenschaften der Übertragungstechnik). Der überbleibende Rest des Laufzeitenunterschieds im Parabelprofil-LWL wird Profildispersion genannt und sie bestimmt das Bandbreite-Länge-Produkt BLP.
Abb. in Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 15: Strahlenverlaufim Gradienprofil-LWL [Eberlein 2021]
Abb. in Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 16: Verringerung des maximalen Einfallswinkel mit wachsendem Radius im Gradienprofil-LWL [Eberlein 2021]
Der Strahlenverlauf im Parabelpro- fil-LWL hat die Form einer Sinusfunktion, anders als die ZickzackForm im Stufenprofil-LWL. Dieser Strahlenverlauf wird ersichtlich, wenn man sich den Kern eines solchen Leiters aus vielen konzentrischen Schichten mit nach außen hin immer kleiner werdenden Brechzahlen vorstellt, die alle jeweils den Neigungswinkel gegen die optische Achse verkleinern, bis der Lichtstrahl total reflektiert wird. Daraus erschließt sich, dass Strahlen mit höherem Einfallswinkel erst in weiter außen liegenden Schichten reflektiert werden als Strahlen mit kleinerem Einfallswinkel, also eine höhere Amplitude aufweisen. Aufgrund dessen sind die maximalen Einfallswinkel ortsabhängig und werden mit höherem Radius proportional kleiner.[16]
3.6 Materialdispersion
Bevor wir uns dem Singlemode-LWL widmen, betrachten wir noch einen Dispersionseffekt, der grundsätzlich in allen LWL-Typen auftritt. Allerdings gewinnt er erst bei dem stark optimierten Parabelprofil-LWL und insbesondere bei dem Singlemode-LWL an Relevanz, da er sonst vergleichsweise schwach ausgeprägt ist.
Dieser Dispersionseffekt entsteht durch die Abhängigkeit der Brechzahl im LWL-Kern und der Wellenlänge des Lichts n = n (A) und wie wir wissen, hängt diese antiproportional mit der Ausbreitungsgeschwindigkeit zusammen:
Abb. in Leseprobe nicht enthalten
Jeder Sender überträgt seine Leistung immer über ein bestimmtes Wellenlängenspektrum. Die Halbwertsbreite einer Lumineszenzdiode liegt im Bereich von 30 nm bis 100 nm. Im Gegensatz dazu besitzt eine gewinngeführte Laserdiode ein Linienspektrum mit einer Halbwertsbreite von nur wenigen Nanometern. Ein unmodulierter DFB-Laser weist hingegen eine typische Halbwertsbreite von etwa 10-[4] nm auf. Je größer das übertragende Wellenspektrum ist, desto stärker ist die Materialdispersion, da mehr unterschiedliche Wellenlängen eine unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeit aufweisen.
Betrachtet man nun die Abhängigkeit der Gruppenbrechzahl des Quarzglas-LWL-Kerns von der Wellenlänge, erkennt man, dass die Brechzahl bei ungefähr 1,3 pm ein Minimum erreicht und in beide Richtungen steigt. Deshalb werden Systeme, die eine geringe Materialdispersion benötigen, bevorzugt in diesem Wellenlängenbereich betrieben. Typische Anwendungen sind Telekommunikationsnetze und Glasfaser-Übertragungssysteme, insbesondere für Langstreckenkommunikation.
Abb. in Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 17: Spektraler Verlaufder Gruppenbrechzahl von Quarzglas [Eberlein 2021]
Da die Impulsverbreiterung im Lichtwellenleiter ATlwl sowohl von der Materialdispersion ATmat als auch von der Modendispersion ATmod verursacht wird, überlagern sich beide diese Teile und können bei gaußförmigen Impulsen so zusammengerechnet werden:
Man kann erkennen, dass sich beide Anteile durch die Quadratbildung nicht gegenseitig auslöschen können, sondern stets summiert werden. Im Weiteren kann man aus beiden Dispersionseffekten ein einheitliches Bandbreite-Länge-Produkt berechnen:
Abb. in Leseprobe nicht enthalten
Die Modendispersion ist ein rein faserabhängiger Parameter, während die Materialdispersion auch von dem Sender abhängt. Daher wird das Bandbreite-Länge-Produkt des Lichtwellenleiters BLPlwl ebenfalls von der Faser und von der Lichtquelle bestimmt.[17]
3.7 Singlemode-Lichtwellenleiter
Während Stufenprofil- und Gradientprofil-Fasern vor allem in lokalen Netzwerken oder speziellen Anwendungen eine Rolle spielen, sind sie für globale Datenkommunikation nur begrenzt einsetzbar. Die eigentliche Grundlage unserer weltweiten Vernetzung bilden Singlemode-Lichtwellenleiter. Sie allein haben die Art, wie wir über weite Strecken kommunizieren revolutioniert und sind das Rückgrat unseres digitalen Zeitalters.
Der grundsätzliche Unterschied zu den bisher besprochenen Lichtwellenleitern ist der deutlich kleinere Kerndurchmesser (< 10pm) und Manteldurchmesser, wobei der Manteldurchmesser im Verhältnis zum Kerndurchmesser deutlich größer ist. Dadurch wird nur noch einer einzigen Mode (Grundmode) ermöglicht sich durch den Kern des LWL zu bewegen und deshalb wird die Modendispersion vollständig umgangen.
Aufgrund des geringen Kerndurchmessers können wir für Singlemode-LWL nicht mehr das Strahlenmodell zur Hilfe ziehen, sondern müssen die Ausbreitung des Lichts nach
Abb. in Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 18: Links Wellenausbreitung im Singlemode-LWL und rechts Brechzahlprofil [Eberlein 2021]
Wellenmodell betrachten. Die Lichtwelle, die sich nun durch den Leitern bewegt hat einen endlichen Durchmesser und formt ein Feld. Dieses Feld im Querschnitt kann man durch eine Gaußfunktion annähern:
Abb. in Leseprobe nicht enthalten
Für die Feldamplitude E in Abhängigkeit vom Radius r gilt näherungsweise der Modenfeldradius w. Das Brechzahlprofil hat die Form einer Stufe, die allerdings deutlich kleiner ausfällt als beim Stufenprofil-LWL, da die Brechzahldifferenz zwischen Kern und Mantel geringer ist. Dadurch ragt das Modenfeld in den Mantel hinein, anstatt sich nur auf den Kern zu beschränken. Aus diesem Grund wird in Datenblättern nicht der Kerndurchmesser, sondern der Modenfelddurchmesser angegeben. Dieser ist größer als der Kerndurchmesser, da er den Bereich umfasst, in dem das Feld noch signifikante Intensität aufweist.
Im Singlemode-LWL gibt es drei verschiedene Dispersionseffekte: Die Materialdispersion, die Wellenleiterdispersion und die Polarisationsmodendispersion. Letztere ist mit Abstand die Schwächste und deshalb von untergeordneter Bedeutung.
Die Wellenleiterdispersion entsteht dadurch, dass Licht nicht nur im Kern, sondern auch im Mantel geführt wird und der Mantel eine kleinere Brechzahl als der Kern ausweist. Deshalb bewegen sich die Leistungsanteile außerhalb des Kern mit einer leicht höheren Geschwindigkeit und es kommt zu einer Impulsverbreiterung. Dieser Effekt skaliert mit höherer Wellenlänge, da größere Anteile der Lichtwelle im Mantel geführt werden und er lässt sich mit der Anpassung des Brechzahlprofils verändern.
Die Koeffizienten der Wellenleiterdispersion Dwel und der Materialdispersion Dmat werden unter der chromatischen Dispersion Dcd zusammengefasst und addieren sich.
Abb. in Leseprobe nicht enthalten
Deshalb überlagern sich auch die Impulsverbreiterungen:
Abb. in Leseprobe nicht enthalten
Das Besondere ist, dass der Koeffizient der Wellenleiterdispersion mit wachsender Wellenlänge stets negativ ist und der Koeffizient der Materialdispersion vom Negativen ins Positive anwächst. Somit gibt es eine Stelle an der beide Koeffizienten addiert 0 ergeben und sich vollständig ausgleichen. Dieser Nulldurchgang, bei der der Koeffizient der chromatischen Dispersion DcD ™ 0 ps /(nm-km) ergibt, liegt ungefähr bei einer Nulldispersionswellenlänge von 1310 nm. Im Datenblatt für Single- mode-LWL wird nur der Koeffizient der chromatischen Dispersion angegeben und kein BLP, weil dieses nur durch die spektralen Eigenschaften des Senders bestimmt werden kann.
Abb. in Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 19: Koeffizienten der chromatischen Dispersion in Abhängigkeit der Wellenlänge [Eberlein 2021]
Allerdings kann es passieren, dass bei mehrkanaligen Systemen mit mehreren Lasern, bei einem so dünnen und verlustfreien Leiter, durch sehr hohe Leistungen nicht lineare Effekte auftreten. Bei der sogenannten Wellenmischung entstehen neue störende Lichtfrequenzen, die die Originalfrequenzen stören. Deshalb wurden Non-Zero Dispersion Shifted Fibers (NZDSF) entwickelt, bei denen der Nulldurchgang leicht außerhalb des genutzten Wellenlängenbereichs liegt, um eine geringe, aber kontrollierte Dispersion beizubehalten und dadurch nichtlineare Effekte zu vermeiden.[18]
3.7.1 Fasern im Raummultiplex
Ein Trend in der Lichtwellenleitertechnik ist die Übertragung mehrerer Informationskanäle innerhalb einer Faser. Dies kann entweder durch Mehrkernfasern (MCF) erfolgen, bei denen mehrere unabhängige Kerne in einer einzigen Faser integriert sind, oder durch Few- Mode-Fasern (FMF), bei denen der Kerndurchmesser eines Singlemode-LWL leicht vergrößert wird, sodass nur wenige Moden getrennt voneinander übertragen werden. Diese
Form der Raummultiplex-Technologie ermöglicht deutlich höhere Datenraten, istje- doch technologisch anspruchsvoll und mit hohen Kosten verbunden.[19]
3.8 Polarisationsmodendispersion
Der letzte und häufig schwächste Dispersionseffekt ist die Polarisationsmodendispersion (PMD), aber sie kann gerade in digitalen Systemen zu Impulsverzerrungen und damit zu Bitfehlern führen. Dieser Dispersionseffekt ist ebenfalls nur bei Singlemode- LWL relevant, da er in anderen LWL vergleichsweise viel zu schwach ausgeprägt wäre. Für uns war im Singlemode-LWL zunächst wichtig, dass sich das Licht als Welle ausbreitet. Genau genommen handelt es sich bei Licht jedoch um eine transversale elektromagnetische Welle (Abbildung 22). Das bedeutet, dass Licht zwei orthogonale Polarisationsrichtungen besitzt, die sich unabhängig voneinander ausbreiten können.
Abb. in Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 22: Räumliche Darstellung des zeitlichen Verlaufs einer elektromagnetischen Welle [Eberlein 2021]
Abb. in Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 23: Laufzeitenunterschied zwischen zwei othogonal schwingenden Moden [Eberlein 2021]
In perfekten Fasern würden sich beide Polarisationsrichtungen exakt gleichzeitig ausbreiten, aber in realen Fasern gibt es einige Effekte, die zur sogenannten Doppelbrechung führen. Man unterscheidet zwischen intrinsischen Effekten (bedingt durch den Herstellungsprozess) und extrinsischen Effekten (bedingt durch die Verkabelung/Verlegung). Beide führen zu leichten Unvollkommenheiten im LWL und damit zu einer fluktuierenden und variablen Ausbreitungsgeschwindigkeit der Polarisationsmoden. Der Unterschied zwischen den beiden Moden wird als Differential Group Delay (DGD) Ar bezeichnet. Im Gegensatz dazu gibt es Modenkoppelstellen, an denen die beiden Po
larisationsmoden Energie austauschen können. Diese Koppelstellen entstehen durch ähnliche zufällige Unregelmäßigkeiten. Je nach Häufigkeit dieser Modenkoppelstellen unterscheidet man zwischen Fasern mit starker und schwacher Modenkopplung:
Starke Modenkopplung tritt auf, wenn viele Koppelstellen entlang der Faser vorhanden sind. Dadurch mitteln sich die Laufzeitunterschiede zwischen den Polarisationsmoden aus, und die Polarisationsmodendispersion bleibt gering. Bei diesen Fasern spricht man von einem statistischen Effekt, weshalb die Impulsverbreiterung proportional zur Wurzel der Streckenlänge erfolgt:
Abb. in Leseprobe nicht enthalten
PMDist in der Formel der Polarisationsmodendispersions-Koeffizient.
Schwache Modenkopplung bedeutet, dass die Energieaustauschprozesse seltener sind und sich die Laufzeitdifferenzen über lange Strecken aufaddieren können, was zu einer stärkeren Polarisationsmodendispersion führt. Bei diesen Fasern ist die Dispersion proportional mit der Länge:
Abb. in Leseprobe nicht enthalten
Zusammenfassend ist die Polarisationsmodendispersion (PMD) ein wichtiger, wenn auch oft schwächerer Dispersionseffekt, der insbesondere bei Hochgeschwindigkeitsübertragungen nicht vernachlässigt werden darf. Während Fasern mit starker Modenkopplung eine geringere PMD aufweisen, kann sie sich in Fasern mit schwacher Modenkopplung über lange Strecken aufaddieren und die Signalqualität erheblich verschlechtern. Um dem entgegenzuwirken, werden in modernen optischen Netzen spezielle Fasern mit geringerer PMD sowie digitale Entzerrungstechniken eingesetzt, um Bitfehler zu minimieren und eine zuverlässige Datenübertragung zu gewährleisten.[20]
4 Optische Freiraumkommunikation
Die optische Freiraumkommunikation (Free-Space Optical Communication, FSO) nutzt Lichtquellen zur drahtlosen Datenübertragung durch die Atmosphäre. Sie ermöglicht die Übermittlung von Daten über einem Lasertransmitter zu einem teleskopartigen Empfänger. Beispielsweise von einem Satelliten zu einem Empfänger auf dem Boden, zwischen zwei Satelliten oder zwischen zwei Orten auf der Erde.
Ein Vorteil dieser Technologie ist, dass auf die Notwendigkeit physischer Kabel verzichtet wird und dadurch schnelles und günstiges Internet für ländliche Regionen und Kata-
Abb. in Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 24: Darstellung des optischen Richtfunk am Beispiel eines Satelliten [Optische Freiraumkommunikation 2022]
Strophengebiete ermöglicht werden kann. Außerdem ist die Datenübertragung sehr sicher, da die Laserverbindung für das menschliche Auge unsichtbar ist, nicht mit Messgeräten entschlüsselt werden kann und immer ein passender FSO-
Empfänger benötigt wird, um die Informationen zu empfangen. Ein weiterer Vorteil ist, dass sie High-Speed-Satellitenverbindungen ermöglicht.
Der größte Nachteil ist die starke Dämpfungsbegrenzung dieser Technologie. Sowohl CO2, Wasserpartikel, Verunreinigungen in der Luft, Nebel, Regen als auch Schneefall erhöhen die Absorption der Leistung und damit die Dämpfung. Diese Faktoren führen zur Verringerung der Bandbreite oder können das Signal sogar vollständig blockieren. Daher ist es suboptimal, die Technologie in Gegenden einzusetzen, in denen diese Faktoren sehr stark ausgeprägt sind. Generell gilt sie als eine deutlich unzuverlässigere Technologie. Da die Lichtausbreitung durch Turbulenzen beeinflusst wird, kann es zudem zu Signalverzerrungen kommen. In diesen Fällen sind adaptive Optiksysteme oder Fehlerkorrekturverfahren erforderlich, um die Übertragungsqualität zu verbessern.
Während FSO also eine effiziente Alternative zu herkömmlichen Glasfaserverbindungen sein kann, ist sie in vielen Umgebungen nicht optimal einsetzbar und erfordert spezielle Anpassungen.21
5 Fazit
Die Geschichte der optischen Datenübertragung zeigt eindrucksvoll, wie weit sich unsere Kommunikationsmöglichkeiten über die Jahrtausende hinweg entwickelt haben - von einfachen Signalfeuern über Polybios' Signalfackeln bis hin zur Heliographie, der optischen Telegraphie und dem Photophon. All diese Systeme haben dazu beigetragen, unser heutiges Verständnis der optischen Datenübertragung zu formen.
Heute basiert ein Großteil unserer globalen Kommunikation auf optischen Technologien wie Glasfasern und der optischen Freiraumkommunikation. Diese werden kontinuierlich optimiert, um die Übertragungseffizienz weiter zu steigern und letztlich die physikalischen Grenzen auszureizen.
Schon immer waren technologische Fortschritte nur durch Innovationen möglich, die bestehende Systeme herausforderten und neue Wege eröffneten. Auch in Zukunft wird die optische Datenübertragung eine zentrale Rolle spielen - sei es in der Quantenkommunikation, bei weiter verbesserten Glasfasertechnologien oder in neuen Anwendungen der freien optischen Kommunikation. Die Weiterentwicklung dieser Technologien wird mit Sicherheit die Zukunft der Menschheit bestimmen.
6 Anhang
6.1 Quellenverzeichnis
[Agamemnon 1885]: Aischylos, Wilamowitz-Moellendorff, Ulrich: Aischylos Agamemnon, griechischer Text und deutsche Übersetzung von Ulrich von Wilamowitz-Moellendorff.. Berlin: Weidemannsche Buchhandlung 1885.
[Alte Telegraphie & Feuersignale 2009]: Niklas, Angelika: Alte Formen der Telegraphie - sterben Feuersignaleund Co aus?. Wien: Universität Wien 2009.
[Eberlein 2021]: Eberlein, Dieter: Grundlagen derLichtwellenleitertechnik. Studienausgabe. Tübingen: expertverlag GmbH 2021.
[Glasfaser Deckblattfoto 2018]: Chetroni, Daniel: Fiber Optics in blau, hautnah mit Ethernet und Tastatur Hintergrund, warme Blendenfleck. https://www.istockphoto.com/de/foto/fiber-optics-in- blau-hautnah-mit-ethernet-und-tastatur-hintergrund-warme-blendenfleck-gm1077605220- 288664911?searchscope=image%2Cfilm. 05.12.2018 [18.02.2025]
[Graham Bell Biography 2021]: The Alexander and Mabel Bell Legacy Foundation: Alexander Graham Bell Biography. https://www.belllegacy.org/articles/alexander-graham-bells- biography/. 01.08.2021 [15.02.2025]
[Graham Bell's Photophon 2023]: Bellis, Mary: Alexander Graham Bell's Photophone Was An Invention Ahead oflts Time. https://www.thoughtco.com/alexander-graham-bells- photophone-1992318. 05.04.2023 [15.02.2025]
[Heliograph 2024]: Alvo: Heliograph (Nachrichtenübertragung). https://de.wikipedia.org/wiki/Heliograph (Nachrichtenübertragung). 17.07.2024 [16.02.2025]
[Hoffmann 2014]: Hoffmann, Dirk W.: Einführung in die Informations- und Codierungstheorie. Karlsruhe, Deutschland: Springer-Verlag 2014.
[Leuchtfeuerstationen 2011]: Neptuul: Schema derLeuchtfeuerstationen des Agamemnon laut Aischylos in der Orestie, Ausgangsposten war der Berg Ida (heute Kaz Dag) bei Troja. https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/53/Feuerpost%2C - fire beacon - Aischylos - Illustration.png. 2011 [16.02.2025]
[Optische Freiraumkommunikation 2022]: N.N.: Optische Freiraumkommunikation. https://www.edmundoptics.de/knowledge-center/trending-in-optics/free-space-optical-communication/. 08.2022 [16.02.2025]
[Optische Telegraphie 2021]: Paech, Hans-Jürgen: Optische Telegrafie: Übertragungsmodalitäten und Inhalt der Depeschen. Potsdam: Eigenverlag 2021.
[Polybios Telegrafentechnologie 2010]: Univ.-Prof. Dr.-Ing., Ulrich: Der Telegrafencode des Polybios (2. Jh. v. Chr.). https://sammlung.ient.rwth-aachen.de/uploads/images/exponate/nichtelektrische- nachrichtentechnik/optische-telegrafie-in-der-antike/taf010201.jpg. 2010 [17.02.2025]
[Rundel 2025]: Rundel, Michael A.: Freies Physikbuch für die Sekundarstufe II. vo.96.I. Physik Libre: Eigenverlag 2025.
[Schemazeichnung Photophon 1882]: N.N.: Photophon von Alexander Graham Bell. https://www.meisterdrucke.de/kunstwerke/1260px/Unbekannt - Photophone by Alexander Graham Bell 1882 - %28MeisterDrucke-743191%29.jpg. 1882 [16.02.2025]
[Übung am Heliograph 1906-1918]: Dobbertin, Walther: Deutsch-Ostafrika, Signalübung am Heliographen. https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/6f/Bundesarchiv Bild 105- DOA0772%2C Deutsch-Ostafrika%2C Signalübung.jpg. 1906-1918 [16.02.2025]
6.2 Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: Grafik der Distanzen und Höhen der Leuchtfeuerstationen des Agamemnon laut Aischylos [Leuchtfeuerstationen 2011]
Abbildung 2: Fackeltelegraphie des Polybios [Polybios Telegrafentechnologie 2010]
Abbildung 3: Heliograph im Einsatz in Ostafrika [Übung am Heliograph 1906-1918]
Abbildung 4: Schemazeichnung eines Signalmasten nach Chappe-System[Hoffmann 2014]
Abbildung 5: Schemazeichnung der Sendeeinheit des Photophon von Alexander Graham Bell [Schemazeichnung Photophon 1882]
Abbildung 6: Prinzip der optischen Informationsübertragung [Eberlein 2021]
Abbildung 7: Aufbau einer LWL-Faser [Eberlein 2021]
Abbildung 8: Änderung der Strahlrichtung zwischen zwei Medien [Eberlein 2021]
Abbildung 9: Akzeptanzwinkel eines Stufenprofil-LWL [Eberlein 2021]
Abbildung 10: Unterschiedliche Dämpfungskoeffizienten im Vergleich in einer Funktion [Eberlein 2021]
Abbildung 11: Links Strahlenausbreitung im Stufenprofil-LWL und rechts Brechzahlprofil [Eberlein 2021]
Abbildung 12: Impulsverbreitung entlang des LWL nach immer größeren Zeitintervallen [Eberlein 2021]
Abbildung 13: Links Gradienprofil-LWL und rechts Brechzahlprofil [Eberlein 2021]
Abbildung 14: Potenzprofile des Gradienprofil-LWL [Eberlein 2021]
Abbildung 15: Strahlenverlauf im Gradienprofil-LWL [Eberlein 2021]
Abbildung 16: Verringerung des maximalen Einfallswinkel mit wachsendem Radius im Gradienprofil-LWL [Eberlein 2021]
Abbildung 17: Spektraler Verlauf der Gruppenbrechzahl von Quarzglas [Eberlein 2021]
Abbildung 18: Links Wellenausbreitung im Singlemode-LWL und rechts Brechzahlprofil [Eberlein 2021]
Abbildung 19: Koeffizienten der chromatischen Dispersion in Abhängigkeit der Wellenlänge [Eberlein 2021]
Abbildung 20: Koeffizienten der chromatischen Dispersion in Abhängigkeit der Wellenlänge des dispersionsverschobenen LWL [Eberlein 2021]
Abbildung 21: Ausbildung unterschiedlicher Moden in einer FMF [Eberlein 2021]
Abbildung 22: Räumliche Darstellung des zeitlichen Verlaufs einer elektromagnetischen Welle [Eberlein 2021]
Abbildung 23: Laufzeitenunterschied zwischen zwei othogonal schwingenden Moden [Eberlein 2021]
Abbildung 24: Darstellung des optischen Richtfunk am Beispiel eines Satelliten [Optische Freiraumkommunikation 2022]
Abbildung auf der Titelseite: Glasfaserkabel mit leuchtenden Faserenden auf einer Tastatur [Glasfaser Deckblattfoto 2018]
[Hinweis: Die Abbildung auf der Titelseite ist aus urheberrechtlichen Gründen nicht im Lieferumfang enthalten.]
[...]
1 [Graham Bell's Photophon 2023], [Graham Bell Biography 2021]
2 [Graham Bell's Photophon 2023], [Graham Bell Biography 2021]
3 [Graham Bell's Photophon 2023], [Graham Bell Biography 2021]
4 [Graham Bell's Photophon 2023], [Graham Bell Biography 2021]
5 [Graham Bell's Photophon 2023], [Graham Bell Biography 2021]
6 [Eberlein2021]S.12-13
7 [Eberlein2021]S.17
8 [Eberlein2021]S.17
9 [Eberlein2021]S.17
10 [Eberlein2021]S.17
11 [Eberlein2021]S.17
12 [Eberlein2021]S.17
13 [Eberlein2021]S.17
14 [Eberlein2021]S.17
15 [Eberlein2021]S.17
16 [Eberlein2021]S.17
17 [Eberlein2021]S.17
18 [Eberlein2021]S.17
19 [Eberlein2021]S.17
20 [Eberlein2021]S.17
21 [Optische Freiraumkommunikation 2022]
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