VL 9 - Übung

Question 1

Erklären das Prinzip der Doppelbrechun

Answer 1

• Lichtstrahl wird beim Durchgang durch einen optisch anisotropen Körper in zwei Lichtstrahlen aufgespalten,
• Die Wellenfronten beider Strahlen breiten sich unabhängig voneinander mit
  unterschiedlichen Geschwindigkeiten aus,
• Ein Strahl breitet sich gemäß dem Snelliusschen Brechungsgesetz aus und heißt ordentlicher Strahl,
• Anderer Strahl folgt diesem Gesetz nicht und heißt außerordentlicher Strahl.

Question 2

Was sind nichtlineare Effekte?

Answer 2

• Elektromagnetische Strahlung geht durch die Materie,
• Elektrisches Feld führt zu einer periodischen Verschiebung der elektrischen Ladungen,
• Diese Auslenkungen verhalten sich dann wie harmonische Oszillatoren,
• Abweichungen im elektrischen Feld des von der Ladung abgestrahlten Lichts,
• Diese Abweichung wird Nichtlinearität genannt,
• Folge: einfallende Frequenz und ihre Harmonischen sind enthalten,
• Die schwingenden Verschiebungen erzeugen ihrerseits wieder elektromagnetische Strahlung,
• Effizienz der Wandlung nimmt mit dem Grad der Harmonischen stark ab.

Question 3

Nenne typische Anwendungen nichtlinearer Effekte

Answer 3

• Frequenzvervielfachung (SHG, THG, …),
• Frequenzmischung (SFM, DFM),
• Optisch parametrische Oszillatoren/Verstärker (OPO/OPA),
• Elektrooptische Komponenten (Pockelszellen, Q-switch).

Question 4

Auf welchem physikalischen Prinzip beruht die Funktionsweise einer Lichtleitfaser? Welcher
Laser wird in der Materialbearbeitung häufig eingesetzt?

Answer 4

Physikalisches Prinzip: Prinzip der Totalreflexion

Lasermaterialbearbeitung mit Lichtleitfasern: Nd:YAG-Laser; Diodenlaser; Faserlaser.

• Bei der Wellenlänge des Nd:YAG-Lasers ist die Absorption in der Faser sehr gering,
• Strahlung kann im Inneren ohne große Verluste transportiert werden.

Question 5

Welche Vorteile einer Gradientenindexfaser folgen daraus

Answer 5

• Randstrahlen (sogenannte Randmoden):
• > haben einen längeren Weg zu überbrücken
• > bewegen sich durch Bereiche mit niedriger optischer Dichte schneller als kernnahe Moden,
• Alle Lichtstrahlen erreichen unabhängig vom zurückgelegten Weg nahezu zeitgleich den
  Faserausgang,
• Reduzierung der Laufzeitunterschiede.

Question 6

Benenne die Funktion eines Multiplexers

Answer 6

Elektronik: ein Multiplexer ist eine Selektionsschaltung

• Schaltet von einer Anzahl von Eingängen auf den Ausgang,
• Der Eingang wird durch Selektionseingänge ausgewählt,
• Mehrere Steuersignale möglich.

Optik: Wellenlängenmultiplexer

• Bündelt die einzelnen Wellenlängen,
• Erzeugung eines breitbandigen Spektrums,
• Anwendung in der Datenübertragung.

Question 7

Wie kann man eine Selektion einer bestimmten Wellenlänge aus einem breiten Spektrum
realisieren?

Answer 7

Optische Filter

• Hauptkategorien: Absorptionsfilter und dichroitische Filter
• Absorptionsfilter:
• > Licht absorbiert und in innere Energie, bzw. Wärme, umgewandelt,
• > Blockung nicht winkelabhängig,
• Dichroitischer Filter:
• > Basierend auf Dünnschichten,
• > Zentralwellenlänge wird transmittiert und das restliche Spektrum reflektiert,
• > Wellenlängenbereiche können damit getrennt voneinander genutzt werden.

Question 8

Beschreibe die Funktionsweise eines Faser-Bragg-Gitters.

Answer 8

Ein Bragg-Gitter ist eine periodische Brechungsindexänderung entlang des Faserkerns
(Singlemode) und wird mit UV-Strahlung hoher Leistung in die Faser „geschrieben.

Question 9

Mit welchem Bauteil kann eine Rückreflexion der ausgekoppelten Wellenlänge zurück in die
Faser vermieden werden?

Answer 9

Optische Isolatoren
- Erlauben die Transmission nur in eine Richtung,
- Schützen die Optik vor dem reflektierten Licht, welches Instabilitäten und Beschädigungen
verursachen kann,
- Einfügedämpfung
-> Geringer Verlust in Vorwärtsrichtung (0,2 – 2 dB),
-> Hoher Verlust in Rückwärtsrichtung (20 – 40 dB einstufig; 40 – 80 dB zweistufig),
- Rückflussdämpfung,
-> Mehr als 60 dB ohne Konnektore.