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Lichtwellenleiter

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1. Einleitung

Lichtwellenleiter (Lichtleitfasern, Fibers, Wave Guides, Lichtleiter,...) haben ihre Hauptanwendung in der Informations- und Telekommunikationsbranche. Der Vorteil gegenüber früher verwendeter Kupferkabel liegt in der höheren Datenübertragungsrate bei gleichzeitig geringerem Raumbedarf.
In den Anfängen der Entwicklung lichtführender Leiter waren die Verluste enorm hoch, was insbesondere an der Schwierigkeit lag, hochreine Glasmaterialien herzustellen. Verluste wurden daher in dB/m angegeben, wohingegen heute die Angaben in dB/km verwendet werden. Die Verluste wurden um mehrere Größenordnungen gesenkt und machen daher die Datenübertragung über lange Strecken möglich.

Neben der Anwendung in der IT, werden Fasern auch in der Messtechnik gerne verwendet. Im Labor werden diese oft eingesetzt um das Licht eines ortsfesten Lasers in andere Labore zu transportieren oder mehrere Messaufbauten gleichzeit zu versorgen. Dabei ist das Dispersionsverhaltern der Fasern bei Pulsen sehr wichtig.
In der Astronomie werden Fasern dazu verwendet, um das vom Teleskop gesammelte Licht in ein Analysegerät zu koppeln um es dort untersuchen zu können. Dies hat im wesentlichen den Vorteil, dass das Analysegerät nicht am Teleskop angebracht werden muss. Auf Grund der Erdrotation muss das Teleskop simultan diese Bewegung ausgleichen und daher würde sich auch das Messgerät mit dem Teleskop bewegen. Es hat also den Vorteil, dass keinerlei mechanische Belastungen, wie Drehmomente, zu einer Verbiegung des Messgerätes führen. Außerdem ist dann auch das Gewicht des Messgerätes unabhängig von der Gewichtskapazität des Teleskops. Es ist daher weiterhin möglich, das Messgerät in ein thermisch stabilisieres Gehäuse zu integrieren, um zusätzliche Messungenauigkeiten durch thermische Längenänderungen zu reduzieren. All dieser Aufwand ist heute nötig um z.B. bei Radialgeschwindigkeitsmessungen in die Domäne von wenigen m/s zu gelangen.
Da die Herstellung von solchen Fasern eine Frage der Erfahrung ist und auch viele Parameter dieser von der Herstellung und Weiterverarbeitung (Konvektionierung, Politur usw.) abhängig sind, ist es wichtig auf dem Markt erhätliche Fasern zu untersuchen um das Messgerät und Teleskop entsprechend abstimmen zu können.
 
2. Grundlagen

In der Simulation optischer Aufbauten wird oft auf Ray-Tracing Programme zurückgegriffen. Diese Programme fassen das Licht als "Strahl" auf, wobei ein sogenannter "Hauptstrahl" immer repräsentativ für ein ganzes Strahlbündel steht. Diese Strahlen stehen per Definition senkrecht auf der Wellenfront und können daher durch Ableitung selbiger berechnet werden.
Diese sehr praktisch erscheinende Beschreibung ist auf ein tiefes physikalisches Rätzel zurückzuführe, dem "Dualismus der Natur".
Wir können also bei der Berechnung optischer Aufbauten einmal auf die Welleneigenschaften des Lichts zurückgreifen und/oder das Licht als einen Strahl auffassen. Die Auffassung des Lichtes als Strahl wird in der Optik oft als die geometrische Optik bezeichnet, wohingegen bei der Beschreibung von Beugung und Interferenz die Wellenoptik bemüht werden muss.
Ebenso stellt es sich auch bei der Beschreibung von Wellenleitern dar.
 
3. Transmission

4. Focal Ratio Degradation (FRD)

5. Scrambling






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