Bild von Totalreflexionsversuch

1. Bild von Totalreflexionsversuch

2. Brechung • Snelliussche Brechungsgesetz: • n1sinα = n2 sinβ • Grund für Brechung: • Einfallende Welle überlagert sich mit Sekundärwellen, die durch Welle angeregt werden • Siehe dazu: Demtröder: Experimentalphysik 2, S. 209 f (LBS) n1 n2 n1> n2

3. Totalreflexion • Totalreflektion nur beim Übergang vom optisch dichten zum optisch dünnen Medium • Alle Winkel, die größer sind als der Grenzwinkel (hier βr,) führen zur Totalreflexion.

4. Erklärung zum Freihandversuch • Beim gefüllten Glas verhindert eine Totalreflexion an der Grenzschicht Glasboden/Luft (zwischen Glasboden und Münze befindet sich ein, wenn auch noch so kleiner Luftspalt) eine Beobachtung der Münze. • Es ist darauf zu achten, dass sich zwischen Münze und Glasboden auch wirklich ein Luftspalt befindet, was z.B. nicht gegeben ist, wenn die Münze mit Wasser benetzt ist

5. Die Glasfaser • Prinzip der Glasfaser: Licht wird in der Faser durch Totalreflexion geführt • Glasfaser hat einen Kern (Brechungsindex n2) und einen Mantel (n1) • Totalreflexion, wenn n2 > n1

6. Glasfasern revolutionieren die Kommunikationstechnik • Beginn der Forschung: In den 50er Jahren des 20ten Jhds. • 1970: erste Glasfaser, hergestellt • 1988: erstes transatlantisches Telefonkabel wird verlegt • Heute: Rund 80% der Langstreckensignalübertragung leisten optische Fasern.

7. http://www.cybergeography.org/atlas/alcatel_large.gif

8. Glasfaser • Verwendet werden Quarzglas und Kunststoff • Kunststoff ist wegen hoher Dämpfung nur auf kurzen Strecken einsetzbar.

9. Vorteile der Glasfaser gegenüber Kupferkabel (z. B. Koaxialkabeln) • Aufgrund von hohen Frequenzen (Inrfarot-Bereich) und Multiplexverfahren können hohe Übertragungskapazitäten erreicht werden. • Geringes Gewicht • Relativ hohe Abhörsicherheit • Geringeres Risiko in explosionsgefährdeten Gebieten • Geringe Dämpfung, daher weniger Verstärker im Netz notwendig

10. Nachteile von Optischen Fasern im Vergleich zu Kupferkabeln? • Hoher Anschaffungspreis (pro Meter teurer) • Verstärker (Repeater) teurer • Verbindungen schwierig • überträgt keine elektrische Energie zum Betreiben von Endgeräten • mechanisch weniger robust

11. Im Lichtleiter (Glasfaser) werden Lichtimpulse übertragen • Die Übertragung ist zumeist digital, der Empfänger unterscheidet also zwischen Lichtimpuls an oder aus. • Zu einem Lichtimpuls tragen je nach Glasfaser unterschiedlich viele Frequenzen bei. Lichtimpuls I t • Die Welle (bzw. Schwingung), die zur einzelnen Frequenz gehört, bezeichnet man als Mode.

12. Moden im Wellenleiter • Eine Mode entsteht im Wellenleiter (egal ob Glasfaser oder Kupferkabel) nur, wenn sich durch Reflexion senkrecht zur Wellenleiterachse eine stehende Welle ausbildet. • Diese stehende Welle breitet sich parallel zur Achse aus. Verschiedene Moden

13. Moden im Wellenleiter • Im Strahlenbild unterscheiden sich Moden im Wellenleiter hinsichtlich ihrer Ausbreitungsrichtung: • Im Wellenbild unterscheiden sich Moden hinsichtlich ihrer Feldverteilung und Polarisation.

14. Multimodenfaser Mehrere Moden sind ausbreitungsfähig Kerndurchmesser von 100 – 400 μm Einzelmodenfaser Klein genug, damit nur eine Mode sich ausbreiten kann Kerndurchmesser nur ~ 10 μm 2 verschiedene Faserarten www.glasfaserinfo.de www.glasfaserinfo.de