Download - Optische Polymerfasertechnologie
Folie 1 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
Optische Polymerfasertechnologie als zukunftsweisende Alternative
für Datennetze im Auto, in der Sensorik und im Inhaus-LAN
Prof. Dr. U. Fischer-Hirchert [email protected]
Folie 2 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
Forschung und Lehre Kommunikationstechnik mit Schwerpunkt optischer Nachrichtentechnik
Lehrgebiete (seit 2001) Elektr. und opt. Kommunikationsnetze Nachrichtenmesstechnik Opt. Aufbautechnik Opt. Übertragungstechnik
Forschung Opt. Übertragungstechnik Polymerfasertechnik El. und opt. Messtechnik Aufbautechnik
Adresse: Hochschule Harz Friedrichstraße 57-59 D-38855 Wernigerode Tel.: 03943 659 340 [email protected]
Folie 3 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
Breitband zum Teilnehmer
Folie 4 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
15 Jahre WWW! 1993-2008
Quelle: Lightwave 5/97
Exponentielles Wachstum des Datenverkehrs durch Verbreitung des Internet !
Folie 5 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
Netzebenen mit Beispieltopologie
Weit- verkehrs- Netze (Core)
Regionale Netze (Metro) Zugangs- Netze (Access)
WDM, SDH WDM, SDH
32 x 40 Gb/s λ
WDM, IP, ATM, SDH 128 x 10 Gb/s λ
Business Ring 16 x 2.5 G λ
LANs
10 Gb/s to the company
100 Mb/s to the home
2.5 Gb/s to the office
Quelle: Nortel 99
Folie 6 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
Passive Optische Netze (PON) im Zugangsbereich
Terminal
FTTT
Home
FTTHBuilding
RadioBaseStation
Switch Node
FTTB
Curb
FTTC
FibreCopper
ONU (ONT)Coupler
FTTR
OLT
Folie 7 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
Optische Zugangsarten
Quelle: Uni Hannover
Folie 8 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
VDSL
Unterschiede von VDSL1 und VDSL2 Eigenschaft VDSL1 VDSL2 Spektrale Bandbreite 12 MHz 30 MHz Bandbreite 500Mbit 100Mbit Reichweite bis 1 km bis 3 km ADSL-Kompatibilität nein ja Downstream-Leistung 14,5 dBm max. 20 dBm
DSLAM
Folie 9 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
Bandbreiten von DSL und LWL
JS. Allen , Lucent NOC 2004
Folie 10 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
Bauteile in Photonischen Netzen
Folie 11 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
Bauteile einer optischen Nachrichtenverbindung
Quelle Senke
a)
a) E / O Wander b) Opt. MUX c) Glasfaser d) Opt. Verstärker e) Opt. Koppler
f) Opt. Schaltmatrix g) Opt. Regenerator h) Opt. DEMUX i) O / E Wandler
b) c) d) e) g) i) f) h)
Coder Modulator Decoder
E / O O / E
Folie 12 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
Lichtwellenleiter
Beste Übertragungstechnik für Langstreckensysteme
Folie 13 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
Totalreflexion
Snellius
Folie 14 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
Lichtführung in einem LWL
sin θ = √(n12 – n2
2 ) = NA
Numerische Apertur
Folie 15 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
Dämpfungseigenschaften der Glasfasern [Grau/Freude92]
Folie 16 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
Glasfasern bis zum Haus 160 mµ
2.7 mm
35 mm
0.2 mm
Single Mode Fibre
Fibre ribbon
Ribbon bundle
Fibre cable(5120 Fibres)
Folie 17 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
POF-Technik
Folie 18 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
Optische Polymerfasern (POFs)
Funktionsprinzip Polymer-Kern, umgeben von dünnem Mantel mit kleinerer
Brechzahl Totalreflexion sorgt dafür, dass Licht den Kern nicht verlassen
kann Leistungsmerkmale Übertragung mit 155MBit/s auf einer Länge von bis zu 100m
(digital) bzw. mit 65MHz auf einer Länge von 50m (analog) maximale Einsatztemperatur zwischen +75°C und +85ºC
Folie 19 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
Profilarten Stufenindex-POF / Low-NA-POF
Gradientenindex-POF
Mehrstufenindex-POF
Quelle: Werner Daum, Jürgen Krause „POF-Optische Polymerfasern für die Datenkommunikation“, Springer-Verlag
Folie 20 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
POF-Fasertypen und Bandbreiten
Quelle: FH Nürnberg; Ziemann
Folie 21 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
Werkstoffe für POF
PMMA bis 85°C, n = 1,492 Hochtemp.- POF
• Polycarbonat bis 145°C, n = 1,51
• Teflon als Mantel Deuterierte Polymere Fluorierte Polymere
Kerndotierungen
VPAc, Vinyl-Phenylacetat, n = 1,567
VB, Vinyl-Benzoat, n = 1,576
PhMA, Phenyl-Methacrylat n = 1,570
BzMA, Benzyl-Methacrylat n = 1,562
BB, Bromobenzen n = 1,560
BBP, Benzyl-n-Butyl-Phtalat n = 1,54
DPS, Diphenyl-Sulfid n = 1,49
Folie 22 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
Kunststoffeigenschaften
Folie 23 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
Optische Polymerfasern (POFs)
Quelle: FH Nürnberg; Ziemann
Folie 24 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
Biegeverluste gering bei Verlegung
Folie 25 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
POF-Herstellung aus Vorform Prozess zur F&E-Entwicklung ideal geeignet Turm soll im Landesprojekt in Verbindung HS-Harz und neuem
POF-NEMO-Netzwerk realisiert werden • Vorteile:
• Leichte Herstellung der Vorform • Komplizierte Vorformen möglich für spezielle Anwendungen
• Nachteile • Keine Polymerisierung direkt vor Ziehprozess möglich • Unsauberere Materialwerte • Höhere Dämpfung
Quelle: Werner Daum, Jürgen Krause „POF-Optische Polymerfasern für die Datenkommunikation“, Springer-Verlag
Folie 26 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
Ziehturms für POF an der HS Harz
Folie 27 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
POF-Herstellung per Extrusion Prozess in Halberstadt am Technikum der tti GmbH etabliert
• Vorteile • Polymerisation direkt vor Ziehprozess • Geringste Dämpfungen möglich • Unendliche lange Stränge ziehbar • Massenfertigungstauglich
• Nachteile • Nur einfache Strukturen möglich
Quelle: Werner Daum, Jürgen Krause „POF-Optische Polymerfasern für die Datenkommunikation“, Springer-Verlag
Quelle: FH Nürnberg; Ziemann
Folie 28 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
Systemanwendungen
Folie 29 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
Anwendungnen heutiger POF
Quelle: FH Nürnberg; Ziemann
Folie 30 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
Vorteile gegenüber herkömmlichen Kabeln
1) Praktische Aspekte • Sehr preiswert, einfach zu bearbeiten • Wenig Gewicht, sehr kleiner Durchmesser : 1/10 von
Kupferkabeln • Flexibler und günstiger als Glasfaserkabel • Einfaches Handling • EMV-Unempfindlichkeit
2) Sicherheitsaspekte • Bessere Isolierbarkeit • Abhörsicherheit • Kurzschlusssicherheit, brummschleifenfrei
3) Technische Aspekte • Sehr hohe Datenrate übertragbar • Mehrere Signale auf einer Faser übertragbar • Kein Stahlangriff beim Einschmelzen
Folie 31 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
Einleitung : Vernetzung im Auto
http://www.oasis.de/
http://www.oasis.de/
Folie 32 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
Automobil Automobil: für Multimedia, Musik, DVD Keine Störungen durch Lichtmaschine,
Zündung, etc. Gewichtsreduktion Massefrei
Folie 33 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
Beispiel: Vernetzung im Audi
Folie 34 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
Beispiel: Infotainment
http://lau.lineas.de/
Folie 35 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
Einleitung : Bussysteme im Auto
auto & elektronik 4-5/2003
Folie 36 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
Einleitung : MOST - Cooperation
http://www.mostnet.de/cooperation/scope/index.php
Folie 37 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
Einleitung : MOST-Merkmale
Flexibilität Netzwerkprotokolle wie TCP, Streaming-Formate,
Plug&Play Standards Plug&Play mit bis zu 64 Knoten
Ring-, Stern- und Ketten-Topologien Einsatz von POF (geringe Herstellungskosten)
hohe Bandbreite
Folie 38 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
Einleitung : MOST-Merkmale
„Bussysteme im Automobil CAN, FlexRay und MOST“ Thomas Dohmke, Technische Universität Berlin 2002
Folie 39 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
MOST - Übertragungstrecke
SP2 • λ = 630...658 nm • P = -10...-1,5 dBm
SP3 • P = -24...-2dBm
POF, Olaf Ziemann
Folie 40 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
MOST - Hardware
http://www.infineon.com
Folie 41 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
MOST - Hardware
http://www.infineon.com/cgi/ecrm.dll/ecrm/scripts/sol_ov.jsp?oid=47667
Folie 42 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
Ausblick
MOST 150 • Hauptfokus auf Kostensenkung und Integration von
• Hersteller fordern leichtere Integrierbarkeit • höhere Bandbreite nicht erforderlich • neues Codierungsverfahren (gleiche Taktfrequenz aber doppelter Datendurchsatz)
• bis 150Mbit/s Nutzung des physikal. Layer aus MOST1 • oberhalb 150Mbit/s Übertragung mit POF schwer
• Zeitpunkt in 2008
Folie 43 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
Automobiltypen mit POF 2006
Infineon, POF2006 Quelle: FH Nürnberg; Ziemann
Folie 44 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
Anforderungen im LAN für POF
B i t r a t e n ü b e r 0,1-1 G b i t / s R e i c h w e i t e n b i s 3 0 0 m K o m p a t i b i l i t ä t z u G l a s f a s e r s y -s t e m e n e i n f a c h s t e I n s t a l l a t i o n u n d V e r l e g u n g
Folie 45 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
Hausnetze • InHausnetze
• VOIP • Vernetzungsalternative zu Coax • Nachvernetzung von alten Wohnhäusern wegen
geringem Platzbedarf • Zukunftsfähig wegen hoher Bandbreite • Vergleichbar mit Glasfaser, aber nur 1/5 des Preises • Integration mit Koaxvernetzung nach dibcom-
Vorgaben • TRx bis 100MBit/s vorhanden • Innovativer Gebäudeserver als Streamingquelle für
Triple Play möglich • Kombination mit neuen Zusatzdiensten
Folie 46 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
Industriekommunikation • Industrial Ethernet
• Robuste Kabelalternative
• Vernetzungsalternative zu CAT
• Alternative auch zu Glasfasern, bei Längen unter 100m
• Keine EMV-Probleme
• SFP-TRx bis 100mB/s im Konsortium vorhanden
• ...
Folie 47 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
Automatisierung • Ethernet-Bus
• Robuste Kabelalternative • Vernetzungsalternative zu CAT • Alternative zu Glasfasern, da Längen unter 10m • Keine EMV-Probleme • SFP-TRx bis 100mB/s im Konsortium vorhanden
• SPS • Kurze Längen in Maschinen • EMV-Frei • analoge oder andere Datentypen bis 50MHz leicht
realisierbar
Folie 48 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
POF-Schlüssel-Funktionselemente
Folie 49 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
Strukturierte Gebäudeverkabelung
Folie 50 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
Gebäudenetz
Folie 51 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
Hochhausvernetzung Korea
Quelle: Korea, Optimedia, Park
Folie 52 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
LAN-Anwendungen
Quelle: POFAC
Ethernet mit IP-TV in Ein- und Mehrfamilienhäusern Ersatz für analoge SAT-Koaxkabel LAN-PC-Netzwerke im Wohnbereich und in EMV-gestörten Umgebungen (Fabrik, Maschinen)
Quelle: Diemount
Folie 53 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
Raumverkabelung mit POF
Folie 54 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
Ethernet-Links 100Mbit
Folie 55 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
Anwendungsbeispiele
Folie 56 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
• Spektrale Sensorik
• Medizintechnik
• Berührungslose Sensorik
• Explosive Umgebungen
• Galvanisch getrennte Sensoren
• Drucksensoren
Weitere Applikationen
Folie 57 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
Medizintechnik • Datenübertragung
• Alternative zu Glasfasern,
• Keine EMV-Probleme
• Kunststofftechnik hautfreundlich
• Galvanisch getrennte Verbindungen
• ...
• Sensorik • Alternative Endoskopie
• Messung von Blut- oder Atemanteilen durch spektroskopische Elemente
• ...
Folie 58 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
Aufprallsensor VDO
Folie 59 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
... optische Tasten und Schalter ...
Sitzplatzerkennung im Auto ...
... Fußgängerschutz-Sensoren ...
... Einklemmschutz-
Sensoren ...
... und, und, und!
Weitere Applikationen
Folie 60 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
Beleuchtungstechnik
Seitenlichtfasern • Gebäudetechnik • Sicherheitstechnik • Automobilbeleuchtung Innenraum, Einstieg, etc. • Aviation ....
Folie 61 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
Regionales Verbundnetzwerk
Folie 62 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
BMWi-NEMO-Netzwerk POF-LAB Harz seit 1.1.2008
1. IGZ WR Projektleitung 2. Hochschule Harz Simulation und Analyse optischer Eigenschaften der POF 3. HarzOptics in Wernigerode als Systemanwender 4. Resch Elektronik Wernigerode, Systemanwender Inhausnetze 5. DieMount GmbH in Wernigerode als Systemanwender/ Hersteller 6. Teutloff Bildungszentrum Wernigerode 7. tti Magdeburg GmbH, Außenstelle Halberstadt, Kunststoffversuchszentrum im GGZ
Halberstadt zur Herstellung von POF im Extruderverfahren 8. Rundfunk Gernrode als Systemanwender Inhouse-Technologien, Automatisierung 9. Tonfunk Ermsleben als Systemanwender im Bereich Automotive 10. HEYFRA ELECTRONIC GMBH Lutherstadt Eisleben, Automatisierungstechnik 11. IZM FHG Institut für Polymerchemie zur Synthese nutzbarer Polymere 12. NOVOPLAST in Halberstadt zur Herstellung der POF in Extrudertechnik Kooperative Partner • NEXANS AG Kabelhersteller in Bayern, POF-Kabel für Automotive/ Inhouse • TITK in Schwarza für Faserprototypenherstellung • AUTEV AG Brandenburg, Herstellung von POF-LWL zur Beleuchtungstechnik
Folie 63 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
Entwicklung einer technologischen Systemplattform in der Region (HS Harz)
POF/WDM-Systemplattform
Simulations-werkzeuge
Theoretische Basis
Schlüsselbauteile
NeuartigeKomponenten
Übertragungs-strecke
TechnischeRealisierung
VPISimulation
BPMRaytracing
Mikro-system-technik
Folie 64 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
Projekt Polymerfasertechnologie Harz
1. Portfolio an zu entwickelnden aktiven und passiven Schlüsselelementen in Mikro-Spritzgusstechnik (Multiplexer, Demultiplexer, Splitter, Koppler und Schalter, Modulatoren)
2. Herstellung Polymerfasern zur Übertragung und Beleuchtung
3. Gemeinsame Entwicklung neuer Anwendungen und Produkte in eigener Wertschöpfungskette
4. Strategische Erschließung neuer Marktbereiche mit der neuen Fasertechnologie
5. systematische Entwicklung eines regional ausgerichteten, aber überregional wirkenden Forschungs- und Ausbildungsprofils mit der Hochschule Harz als wissenschaftliche Keimzelle
Die Realisierung dieser Systemplattform soll mit Hilfe des POF LAB Harz als regionalem „Think Tank“ erreicht
werden. angestrebte Plattform soll dabei im Wesentlichen auf fünf Säulen errichtet werden:
Folie 65 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
Technikum POF im IGZ WR
Lehrkabinette mit POF-Bauteilen Lehrausbildung Techniker und Ingenieure Vergleich mit Glasfasertechnik und Ethernet/CAT Konfigurierung von Hausnetzen mit Triple Play Seit 1.5 im Aufbau im IGZ WR
Folie 66 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
Weiterbildungsstrategie POF-Zertifikat
TitleWeiterbildungs-strategie
KoordinationHochschule
Zertifikat"Optik"
CurriculumI
CurriculumII
BerufsschulenUnternehmen
Hochschule
OPTECNETHochschuleHarzOpticsUnternehmen
Hochschule
Koordination POF-LAB
dibcom Fernlehrgang dibcom
Techniker Fachkräfte POF-LAB Unternehmen Techniker Fachkräfte
Folie 67 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
Ansprechpartner
Hochschule Harz,
• Prof. Fischer-Hirchert [email protected]
• Friedrichstr. 57, 38855 Wernigerode, 03943659351
Netzwerk POF-LAB
• Dipl. Ing. Lösler, [email protected] • IGZ Wernigerode, Dornbergsweg 2,
03943935-658
Folie 68 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
Ende der Präsentation
Vielen dank für Ihre Aufmerksamkeit
Ihr Ulrich Fischer-Hirchert
Kontakt: Email: [email protected] Web: ufischerhirchert.hs-harz.de
Tel: 03943 659 351