Kath. Univ. Leuven Dept. ESAT-Elektrotechniek
cursus Optische Communicatie (H05H6a)
Cursusnota’s eerste gedeelte: optische basistechnieken en lasers versie 2009/2010 Prof. Jan Engelen
Inleiding Deze cursusnota's horen bij het eerste gedeelte van de cursus "Optische Communicatie" en behandelen een aantal basisprincipes van moderne optica en laserkunde. Voor het aansluitende gedeelte rond optische- en glasvezelcommunicatie wordt verwezen naar het boek A. Ghatak en K. Thyagarajan (zie hieronder). Voor de practica die bij dit vak horen bestaan er aparte nota's. Ondanks het grote aantal toepassingen van lasers en de daarmee samenhangende enorme vlucht van de optische communicatie is het goed te beseffen dat het domein eigenlijk nog vrij nieuw is, zeker in vergelijking tot mechanica, warmteleer etc. Optische laserwerking werd voor de eerste maal vastgesteld in 19601. De basisprincipes van gestimuleerde versterking en ook de toepassing ervan in het microgolfgebied, in zgn. "masers") waren echter veel al langer bekend (zie hoofdstuk I). In deze cursus, gericht op de ingenieursstudenten van de masterrichting ElektronicaICT-Telecommunicatie en Telematica, worden, steunend op een aanwezig veronderstelde basiskennis van natuurkunde, wiskunde en een stukje netwerktheorie (positieve en negatieve terugkoppeling) volgende onderwerpen uitgediept: • de basisideeën over licht en de laserwerking; • de veldverdeling, voortplanting en eigenschappen van laserstralen; • de lichtvoortplanting in lichtgeleidende materialen; • de optische vezels; • de optische communicatietechnieken; • de huidige stand-van-zaken ("state of art") rond telecommunicatie m.b.v. vezels. Deze cursusnota's bestrijken de eerste twee punten. Er is nog een aparte nota over lichtvoortplanting en de overige topics worden gedoceerd uit het boek "Introduction to Fiber Optics" van A. Ghatak & K. Thyagarajan (ISBN 0-521-57785-3). Bij de lessen horen ook transparanten met extra figuren en toelichtingen. De PDF versies van de nota's (met aanklikbare links) en de PPT versies van de transparanten zijn via de op pag. 3 vermelde website te downloaden of te bekijken. Voor de grote lijnen van het eerste gedeelte (over laserprincipes en lasertypes) blijf ik erkentelijk aan mijn voorganger, Prof. em. G. François. Voor het geheel van de huidige cursus ben ikzelf natuurlijk verantwoordelijk. Bedenkingen, aanvullingen e.d. zijn welkom, bij voorkeur via e-mail: Jan Engelen (
[email protected]) 1
vandaar het "Laserfest" in 2010 (www.laserfest.org)
Optische communicatie ed. 2009
Jan Engelen
0- 2
Beknopt overzicht van deze cursusnota's Het eerste gedeelte van de cursus is opgesplitst in vijf hoofdstukken. Hoofdstuk 1. Lasers en optische communicatie - een korte historiek Hoofdstuk 2. Fundamentele eigenschappen van de laser, werkingsprincipe Hoofdstuk 3. Kenmerken van laserstralen Hoofdstuk 4. De Gaussische straal Hoofdstuk 5. [wordt wegens tijdgebrek niet meer gedoceerd] De He-Ne laser Voor het gedeelte over Optische communicatie, wordt verwezen naar aparte nota's en gedeelten uit het boek "Introduction to Fiber Optics" van A. Ghatak en K. Thyagarajan (ISBN 0-521-57785-3)
OPMERKING Bij deze cursus hoort een homepagina op het web: http://kuleuven.be/optische_communicatie waar altijd de meest recente gegevens en afspraken te vinden zijn. Naast praktische informatie (lesdata, practica, examenstof...) zijn er ook inhoudelijke teksten, de gebruikte transparanten en extra randinformatie te vinden. Cursusteksten en transparanten vindt men onder de link "cursusnota's" Opmerking in verband met de aanvullende teksten: om zeker te zijn dat die informatie beschikbaar blijft, ook als weblinks zouden verbroken worden, zijn voor intern K.U.Leuven gebruik een aantal webpagina's van externe informatieaanbieders gedupliceerd ("gespiegeld") op de cursuswebsite. De originele aanbieder (en het laatst bekende webadres ervan) zijn wel duidelijk vermeld. Deze extra informatie is via de homepagina bereikbaar. Ga daarna naar de rubriek: "links naar extra informatieve webpagina's".
Optische communicatie ed. 2009
Jan Engelen
0- 3
Fig. 0-1: Optische Communicatie: toename van de snelheden (trends)
Fig. 0-2: DWDM monitor
Optische communicatie ed. 2009
Jan Engelen
0- 4
Fig. 0-3: Optische Communicatie oktober 1999 - Snelheden in basisband (TDM) en gemultiplext (DWDM) voor experimentele opstellingen !
Optische communicatie ed. 2009
Jan Engelen
0- 5
Fig. 0-4: Optische Communicatie: toename van capaciteit (trends)
Fig. 0-5: Opbouw van een 14 Tb/s kanaal (NTT, 2006)
Optische communicatie ed. 2009
Jan Engelen
0- 6
Fig. 0-6: De verschillende optische frekwentiebanden en het 14 Tb/s kanaal (NTT, 2006)
Fig. 0-7: ITU-T: C-Band frequenties (gedeeltelijke lijst) [http://www.fiberdyne.com/products/itu-grid.html]
Optische communicatie ed. 2009
Jan Engelen
0- 7
