1. Optische Polymerfasertechnologie
als zukunftsweisende Alternative
für
Datennetze im Auto, in der
Sensorik und im Inhaus-LAN
Prof. Dr. U. Fischer-Hirchert
ufischerhirchert@hs-harz.de
Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Folie 1
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
2. 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
ufischerhirchert@hs-harz.de
Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Folie 2
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
4. 15 Jahre WWW! 1993-2008
Exponentielles
Wachstum des
Datenverkehrs
durch Verbreitung
des Internet !
Quelle: Lightwave 5/97
Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Folie 4
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
5. Netzebenen mit Beispieltopologie
32 λ x 40 Gb/s
Weit-
verkehrs- WDM, SDH WDM, SDH
Netze (Core)
Regionale WDM, IP, ATM, SDH 10 Gb/s
Netze (Metro) 128 λ x 10 Gb/s to the
company
Zugangs- Business Ring
Netze (Access) 16 λx 2.5 G
LANs
2.5 Gb/s to the
office
100 Mb/s to the
home
Quelle: Nortel 99
Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Folie 5
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
6. Passive Optische Netze (PON) im
Zugangsbereich
Fibre
FTTB Copper
Coupler
ONU (ONT)
Radio
FTTR Base
Station
OLT FTTH
Building
FTTT
Switch Node
Home Terminal
FTTC
Curb
Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Folie 6
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
8. VDSL
Unterschiede von VDSL1 und VDSL2
igenschaft
E VDSL1 VDSL2
pektrale Bandbreite
S 12 MHz 30 MHz
andbreite
B 500Mbit 100Mbit
eichweite
R bis 1 km bis 3 km
DSL-Kompatibilität
A nein ja
ownstream-Leistung
D 14,5 dBm max. 20 dBm
DSLAM
Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Folie 8
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
9. Bandbreiten von DSL und LWL
JS. Allen , Lucent NOC 2004
Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Folie 9
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
10. Bauteile in Photonischen Netzen
Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Folie 10
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
11. Bauteile einer optischen Nachrichtenverbindung
Quelle Senke
Coder
Decoder
Modulator
a) b) c) d) e) f) g) h) i)
E/O O/E
a) E / O Wander f) Opt. Schaltmatrix
b) Opt. MUX g) Opt. Regenerator
c) Glasfaser h) Opt. DEMUX
d) Opt. Verstärker i) O / E Wandler
e) Opt. Koppler
Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Folie 11
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
12. Lichtwellenleiter
Beste Übertragungstechnik für
Langstreckensysteme
Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Folie 12
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
13. Totalreflexion
Snellius
Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Folie 13
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
14. Lichtführung in einem LWL
Numerische Apertur
sin θ = √(n12 – n22 ) = NA
Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Folie 14
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
16. Glasfasern bis zum Haus
160 µm
Single Mode Fibre
Fibre ribbon 0.2 mm
2.7 mm
Ribbon bundle
Fibre cable
(5120 Fibres)
35 mm
Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Folie 16
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
17. POF-Technik
Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Folie 17
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
18. 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
Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Folie 18
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
19. Profilarten
Stufenindex-POF / Low-NA-POF
Gradientenindex-POF
Mehrstufenindex-POF
Quelle: Werner Daum, Jürgen Krause
„POF-Optische 19 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Folie Polymerfasern
für die Datenkommunikation“, Springer-Verlag Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
21. Werkstoffe für POF
PMMA bis 85°C, n = 1,492
erndotierungen
K
Hochtemp.- POF
PAc, Vinyl-Phenylacetat,
V n = 1,567
• Polycarbonat bis 145°C,
n = 1,51
B, Vinyl-Benzoat,
V n = 1,576
• Teflon als Mantel
hMA, Phenyl-Methacrylat
P n = 1,570
Deuterierte Polymere
zMA, Benzyl-Methacrylat
B n = 1,562
Fluorierte Polymere
B, Bromobenzen
B n = 1,560
BP, Benzyl-n-Butyl-Phtalat
B n = 1,54
PS, Diphenyl-Sulfid
D n = 1,49
Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Folie 21
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
22. Kunststoffeigenschaften
Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Folie 22
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
24. Biegeverluste gering bei Verlegung
Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Folie 24
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
25. 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 25 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Folie Polymerfasern
für die Datenkommunikation“, Springer-Verlag Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
26. Ziehturms für POF an der HS Harz
Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Folie 26
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
27. 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: FH Nürnberg; Ziemann
Quelle: Werner Daum, Jürgen Krause
„POF-Optische 27 Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Folie Polymerfasern
für die Datenkommunikation“, Springer-Verlag Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
28. Systemanwendungen
Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Folie 28
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
30. 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
Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Folie 30
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
31. Einleitung : Vernetzung im Auto
http://www.oasis.de/
http://www.oasis.de/
Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Folie 31
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
32. Automobil
Automobil: für Multimedia, Musik, DVD
Keine Störungen durch Lichtmaschine,
Zündung, etc.
Gewichtsreduktion
Massefrei
Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Folie 32
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
33. Beispiel: Vernetzung im Audi
Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Folie 33
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
34. Beispiel: Infotainment
http://lau.lineas.de/
Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Folie 34
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
35. Einleitung : Bussysteme im Auto
auto & elektronik 4-5/2003
Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Folie 35
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
36. Einleitung : MOST - Cooperation
http://www.mostnet.de/cooperation/scope/index.php
Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Folie 36
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
37. 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
Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Folie 37
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
38. Einleitung : MOST-Merkmale
„Bussysteme im Automobil CAN, FlexRay und MOST“
Thomas Dohmke, Technische Universität Berlin 2002
Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Folie 38
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
39. MOST - Übertragungstrecke
POF, Olaf Ziemann
SP2
SP3
• λ = 630...658 nm • P = -24...-2dBm
• P = -10...-1,5 dBm
Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Folie 39
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
40. MOST - Hardware
http://www.infineon.com
Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Folie 40
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
41. MOST - Hardware
http://www.infineon.com/cgi/ecrm.dll/ecrm/scripts/sol_ov.jsp?oid=47667
Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Folie 41
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
42. 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
Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Folie 42
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
43. Automobiltypen mit POF 2006
Quelle: FH Nürnberg; Ziemann Infineon, POF2006
Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Folie 43
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
44. Anforderungen im LAN für POF
i t r a t e n ü b e r 0,1-1 G b i t / s
B
e i c h w e i t e n b i s 3 0 0 m
R
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 -
K
stemen
i n f a c h s t e I n s t a l l a t i o n u n d
e
Verlegung
Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Folie 44
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
45. 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
Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Folie 45
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
46. 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
• ...
Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Folie 46
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
47. 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
Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Folie 47
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
52. LAN-Anwendungen
thernet mit IP-TV in Ein- und Mehrfamilienhäusern
E
rsatz für analoge SAT-Koaxkabel
E
AN-PC-Netzwerke im Wohnbereich und in EMV-gestörten
L
Umgebungen (Fabrik, Maschinen)
Quelle: Diemount
Quelle: POFAC
Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Folie 52
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
53. Raumverkabelung mit POF
Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Folie 53
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
54. Ethernet-Links 100Mbit
Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Folie 54
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
55. Anwendungsbeispiele
Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Folie 55
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
57. Medizintechnik
• Datenübertragung
• Alternative zu Glasfasern,
• Keine EMV-Probleme
• Kunststofftechnik hautfreundlich
• Galvanisch getrennte Verbindungen
• ...
• Sensorik
• Alternative Endoskopie
• Messung von Blut- oder Atemanteilen durch
spektroskopische Elemente
• ...
Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Folie 57
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
58. Aufprallsensor VDO
Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Folie 58
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
59. Weitere Applikationen
Sitzplatzerkennung
im Auto ...
... optische
Tasten und
Schalter ...
...
Einklemmschutz-
Sensoren ...
...
Fußgängerschutz-
Sensoren ...
... und, und, und!
Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Folie 59
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
60. Beleuchtungstechnik
Seitenlichtfasern
• Gebäudetechnik
• Sicherheitstechnik
• Automobilbeleuchtung Innenraum, Einstieg, etc.
• Aviation ....
Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Folie 60
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
62. 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
Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Folie 62
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
63. Entwicklung einer technologischen
Systemplattform in der Region (HS Harz)
Übertragungs-
strecke
Mikro- Technische
system- Realisierung
technik
Schlüsselbauteile
POF/WDM-Systemplattform
Neuartige
Komponenten VPI
Simulation
BPM
Raytracing Simulations-
werkzeuge
Theoretische Basis
Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Folie 63
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
64. Projekt Polymerfasertechnologie Harz
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:
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
Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Folie 64
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
65. 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
Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Folie 65
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
66. Weiterbildungsstrategie POF-Zertifikat
Weiterbildungs-
strategie
Title
dibcom
Hochschule dibcom
Hochschule Fernlehrgang
Techniker
Unternehmen Fachkräfte
Berufsschulen Unternehmen
Unternehmen POF-LAB
HarzOptics Techniker
Hochschule Fachkräfte
OPTECNET
Curriculum Curriculum Zertifikat
I II "Optik"
Koordination
Koordination
POF-LAB
Hochschule
Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Folie 66
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
67. Ansprechpartner
Hochschule Harz,
• Prof. Fischer-Hirchert ufischerhirchert@hs-
harz.de
• Friedrichstr. 57, 38855 Wernigerode,
03943659351
Netzwerk POF-LAB
• Dipl. Ing. Lösler, peter.loesler@igz-wr.de
• IGZ Wernigerode, Dornbergsweg 2,
03943935-658
Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Folie 67
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)
68. Ende der Präsentation
Vielen dank für Ihre Aufmerksamkeit
Ihr Ulrich Fischer-Hirchert
Kontakt:
Email: ufischerhirchert@hs-harz.de
Web: ufischerhirchert.hs-harz.de
Tel: 03943 659 351
Öff. Vortrag FH WF 5-2008
Folie 68
Prof. Dr. Fischer-Hirchert (HS-Harz)