Was ist Chromatische Dispersion?

Verbreiterung von Lichtpulsen in einer Glasfaser, weil sich Licht unterschiedlicher Wellenlängen unterschiedlich schnell ausbreitet. In Standard-Singlemode-Fasern ist sie nahe 1,31 µm nahezu null und beträgt bei 1,55 µm etwa 17 ps/(nm·km).

Japanische Bezeichnung: 波長分散

„Chromatische Dispersion“ kommt in 3 Übungsfragen aus 1 Themen vor, z. B. Siliziumphotonik.

Fachgebiet: Siliziumphotonik

Jetzt üben: Fragen zu Chromatische Dispersion

Was ist der Hauptgrund dafür, dass in der optischen Langstrecken-Faserkommunikation der Wellenlängenbereich um 1,55 µm (C-Band) weit verbreitet ist?

  1. AWeil in diesem Wellenlängenbereich die Verluste von Quarzglasfasern am geringsten sind
  2. BWeil Silizium hier Licht am stärksten absorbiert und sich Photodetektoren leicht herstellen lassen
  3. CWeil die chromatische Dispersion hier null wird und sich Pulse überhaupt nicht verbreitern
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Antwort: A. Weil in diesem Wellenlängenbereich die Verluste von Quarzglasfasern am geringsten sind

Die Verluste von Glasfasern aus Quarzglas (SiO2) steigen bei kurzen Wellenlängen durch Rayleigh-Streuung und bei langen Wellenlängen durch Infrarotabsorption an, sodass sie dazwischen um 1,55 µm minimal werden (etwa 0,2 dB/km). Selbst nach 100 km beträgt der Verlust nur etwa 20 dB; dass sich das Licht zudem mit Erbium-dotierten Faserverstärkern (EDFA) rein optisch verstärken lässt, ist ein weiterer Grund für den Einsatz des C-Bands in der Langstreckenkommunikation. Bei Standard-Single-Mode-Fasern wird die chromatische Dispersion um 1,31 µm (O-Band) nahezu null; bei 1,55 µm bleibt Dispersion bestehen. Silizium absorbiert diese Wellenlänge kaum.

Welche Aussage nennt richtig den Grund, weshalb für relativ kurze optische Verbindungen innerhalb von Rechenzentren häufig der Wellenlängenbereich um 1,31 µm (O-Band) genutzt wird?

  1. ADie Faserverluste sind hier unter allen Wellenlängen am geringsten, sodass das Licht ohne Verstärker mehrere tausend km weit reicht
  2. BDie chromatische Dispersion von Standard-Single-Mode-Fasern ist nahezu null, sodass die Signalform schneller Signale kaum verzerrt wird
  3. CDas Licht hat dieselbe Energie wie die Bandlücke von Silizium, sodass Silizium unverändert als Photodetektor dienen kann
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Antwort: B. Die chromatische Dispersion von Standard-Single-Mode-Fasern ist nahezu null, sodass die Signalform schneller Signale kaum verzerrt wird

Chromatische Dispersion ist die Verbreiterung von Lichtpulsen, die entsteht, weil sich Licht verschiedener Wellenlängen mit geringfügig unterschiedlicher Geschwindigkeit durch die Faser bewegt. In Standard-Single-Mode-Fasern wird die Dispersion um 1,31 µm nahezu null; schnelle Signale lassen sich daher ohne Dispersionskompensation leicht über einige km bis etwa 10 km übertragen, weshalb viele optische Transceiver für Rechenzentren dieses Band nutzen. Die geringsten Verluste treten um 1,55 µm auf (etwa 0,2 dB/km), bei 1,31 µm sind sie mit etwa 0,3 bis 0,35 dB/km etwas höher. Die Photonenenergie bei 1,31 µm beträgt etwa 0,95 eV, und dieses Licht wird in Silizium nicht absorbiert.

„Chromatische Dispersion“ in den Erläuterungen

Fragen mit „Chromatische Dispersion“ (3)

  1. Was ist der Hauptgrund dafür, dass in der optischen Langstrecken-Faserkommunikation der Wellenlängenbereich um 1,55 µm (C-Band) weit verbreitet ist?
  2. Welche Aussage nennt richtig den Grund, weshalb für relativ kurze optische Verbindungen innerhalb von Rechenzentren häufig der Wellenlängenbereich um 1,31 µm (O-Band) genutzt wird?
  3. Welche Aussage zu den Merkmalen des kohärenten Verfahrens, das etwa für Verbindungen über einige zehn km oder mehr zwischen Rechenzentren eingesetzt wird, im Vergleich zum IM-DD-Verfahren ist richtig?

Verwandte Begriffe

O-Band Bitfehlerrate (BER) C-Band Ausbreitungsverlust Brechungsindex CPO (Co-Packaged Optics) Extinktionsverhältnis Gitterkoppler Kantenkoppler Mach-Zehnder-Modulator

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