Bild von Totalreflexionsversuch

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

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.

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

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

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.

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

Glasfaser

• Verwendet werden Quarzglas und Kunststoff

• Kunststoff ist wegen hoher Dämpfung nur auf kurzen Strecken einsetzbar.

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

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

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.

• Die Welle (bzw. Schwingung), die zur einzelnen Frequenz gehört, bezeichnet man als Mode.

t

ILichtimpuls

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

Moden im Wellenleiter• Im Strahlenbild unterscheiden sich Moden im

Wellenleiter hinsichtlich ihrer Ausbreitungsrichtung:

• Im Wellenbild unterscheiden sich Moden hinsichtlich ihrer Feldverteilung und Polarisation.

2 verschiedene Faserarten

Multimodenfaser• Mehrere Moden sind

ausbreitungsfähig• Kerndurchmesser von

100 – 400 μm

Einzelmodenfaser• Klein genug, damit

nur eine Mode sich ausbreiten kann

• Kerndurchmesser nur ~ 10 μm

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