Um in der aufkommenden Epoche der Digitalisierung und Industrie 4.0 mit dem
rasant ansteigenden Bedarf an Übertragungsbandbreite schritthalten zu können,
gewinnt die optische Signalverarbeitung bzw. optische Telekommunikationstechnik in
Form von Glasfasernetzwerken eine immer größere Bedeutung. Durch die Anwendung
optischer Multiplexing-Verfahren können mehrere Übertragungskanäle simultan über
eine Glasfaser genutzt werden. Multiplexing-Verfahren, die gegenwärtig verbreitet
eingesetzt werden, basieren primär auf der Nutzung verschiedener Wellenlängen als
Übertragungskanäle (Wellenlängen-Multiplexing).
Die Übertragungskapazität dieser Form des Multiplexing ist allerdings nahezu erreicht.
Um die wachsende Nachfrage an Übertragungsbandbreite bedienen zu können,
wird vermehrt an Moden-Multiplexing geforscht. Bei Moden-Multiplexing dient jede
Mode einer Vielmodenfaser als individueller Übertragungskanal, wodurch die
Übertragungskapazität annähernd proportional zur Anzahl der geführten Moden
erhöht wird. Dabei ist jedoch die Bandbreite durch Signalübersprechen limitiert. Um
Moden-Multiplexing nutzbar zu machen nimmt die Entwicklung kostengünstiger und
leistungsfähiger, modenselektiver Koppler-Elemente auf Basis von Glasfasern eine
Schlüsselposition ein.
In dieser Arbeit wird ein neuartiger Ansatz eines modenselektiven Glasfaserkopplers
auf Basis von Fasergittern simulativ und experimentell erforscht. Der Glasfaserkoppler
ermöglicht eine selektive Kopplung zwischen der Grundmode einer Einmodenfaser und
einer individuellen Mode einer Vielmodenfaser, indem die Ausbreitungskonstanten
der zu koppelnden Moden durch ein Fasergitter, das in den Kern der Einmodenfaser
eingebracht wird, aneinander adaptiert werden. Durch geeignete Wahl der
Fasergitterperiode kann zwischen verschiedenen Modenkanälen selektiv gekoppelt
werden, ohne das (wie bisher) eine Änderung der Glasfaserkoppler-Geometrie nötig
ist. Weiterhin deuten Simulationsergebnisse an, dass der gitterunterstützte Ansatz
über ein geringeres Signalübersprechen verfügt. Zur experimentellen Umsetzung
wurden verschiedene Verfahren zur Herstellung einer geeigneten Koppler-Geometrie
evaluiert. Die Herstellung der Fasergitter basiert auf den im Rahmen dieser Arbeit
erzielten Simulationsergebnissen und erfolgte UV-induziert unter Anwendung
der Amplitudenmasken-Methode. Die anschließende Charakterisierung der Koppler erfolgte mithilfe eines eigens dafür entwickelten messtechnischen Aufbaus. Der
Machbarkeitsnachweis wurde durch einen als Schmelzkoppler hergestellten gitterunterstützten
Glasfaserkoppler mit Gitterperioden im Bereich einiger hundert Mikrometer
erzielt.
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