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Studienarbeit
Das Ziel der Studienarbeit war, die Erstellung eines Glasfasermodells für die Firma PKI welches im Rahmen des Simulationsprogramms DICSi (Digital Communication Systems Simulation), integriert wurde. Dazu wurden von PKI ein Glasfasermodul und einige nötigen Module zur Erzeugung von typischen Eingangssignalen zur Verfügung gestellt.
In der Studienarbeit wurde die Glasfaser mit ihren wichtigsten linearen Eigenschaften (Dämpfung und Dispersion) sowie die nichtlinearen Eigenschaften (Selbstphasenmodulation) näher behandelt.
Für die Ausbreitung optischer Signale auf Glasfasern wurde eine vereinfachte Ausbreitungsgleichung, zusammen mit einigen analytischen- und Näherungslösungen, präsentiert. Als eine Simulationsmethode für die Ausbreitung von optischen Signalen auf Glasfasern, wurde die Split-Step-Fourier Methode verwendet.
Eine der schwierigsten Aufgaben des Glasfaser-Simulationsmoduls war die Blockverarbeitung. Dazu wurde in der Arbeit die "erweiterte Overlap-Add" Methode dazugezogen.
Die Simulationsergebnisse wurden mit analytischen sowie Näherungs-Lösungen für Solitonen verglichen. Auch wurden am Ende noch zwei Möglichkeiten zur Verbesserung der Simulationsrechenzeiten vorgestellt:  
- Schrittweitensteuerung-Untersuchung im Falle der Split-Step-Fourier Methode
- Ergebnisse einer Programmierung in "C"
DICSi
DiCSi ist ein Simulation Tool unter MATLAB mit zahlreichen Modulen, und eignet sich zur Simulation von digitalen Übertragungssystemen. Ein Simulationsmodell kann aus mehreren Modulen zusammengesetzt werden. Jedes Simulationsmodell kann in einer graphischen Benutzeroberfläche durch ein Blockschaltbild erstellt werden. Die benötigten Module können mit Hilfe der Tastatur oder durch einfache Mausbedienung gewählt werden. Die Module für DiCSi sind meist MATLAB-Funktionen aber der Anwender kann seine eigenen Module auch in C oder FORTRAN programmieren. Ein wichtiger Vorteil von DiCSi ist dass alle vordefinierten MATLAB-Funktionen und graphischen Hilfsmittel zur Verfügung stehen. Wegen dem Block orientierten Aufbau, können DiCSi Module im Prinzip beliebig lange Signale verarbeiten.
Beispiel eines mit DiCSi erzeugten Blockschaltbildes:
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Glasfaser
Glasfaseroptik ist ein Teilgebiet der Optik, welches sich mit der Übertragung von Licht durch vielfache Totalreflexion in Glas- bzw. Lichtfasern beschäftigt. Die Glasfasern bestehen aus einem Kern mit einem hohen Brechungsindex, welcher von einem  Glasmantel mit einem wesentlich kleineren Brechungsindex umhüllt wird. Wenn ein Lichtstrahl beim Durchqueren des Glasfaserkerns, die Grenzfläche Kern-Mantel mit einem Einfallswinkel, der größer als der kritische Winkel ist, erreicht, dann wird der Lichtstrahl ohne Verluste ins Innere (Kern) zurückreflektiert. Auf diese Art kann das Licht über lange Entfernungen übertragen werden, indem es tausende von Malen im Inneren der Faser reflektiert wird.
Die einfachste Anwendung von Glasfasern ist die Übertragung von Licht zu Stellen die sonst nur schwer erreichbar sind, wie z.B. der Bohrer eines Zahnarztes. Des weiteren können Glasfaserbündel bestehend aus mehreren tausend sehr dünnen Fasern zur Übertragung von Bildern, verwendet werden. Die Bildübertragung durch Glasfasern wird oft bei medizinischen Instrumenten für Untersuchungen im Inneren des menschlichen Körpers, in der Laserchirurgie, in der Computergraphik sowie in vielen anderen Bereichen angewendet.
Glasfasern werden auch bei einer Vielzahl von Messgeräten, vom Thermometer bis zum Gyroskop benutzt. Glasfasern können sich als besonders nützlich erweisen, dort wo elektrische Leitungen nutzlos oder sogar gefährlich werden. Glasfasern sind auch zur Übertragung von Hochleistungslaserstrahlen zum Schneiden und Bohren entwickelt worden.
Ein wachsendes Anwendungsgebiet der Glasfaser ist die Kommunikation. Heutzutage sind schon viele Langstreckenkommunikationsnetze für transkontinentale Verbindungen durch Unterwasserkabel in Betrieb. Auch in Regionalnetzen finden die Glasfasern eine immer größer werdende Anwendung. Ein wesentlicher Vorteil der Glasfaser ist, dass diese die Möglichkeit bietet optische Signale mit relativ geringen Verlusten zu übertragen; dadurch können grosse Entfernungen nur mit wenigen Zwischenverstärkern überbrückt werden. Die Zwischenverstärker werden im Moment in einem Abstand von etwa 100 km angelegt, im Vergleich zu etwa 1,5 km bei elektrischen Übertragungssystemen. Durch die Weiterentwicklung der Glasfaserverstärker können diese Entfernungen noch vergrössert werden. Die Entwicklung von elektro-optischen Komponenten und integrierten Glaskomponenten wird das Potential der Glasfasersysteme noch erweitern.
 
 
Simulationsergebnisse
Im Falle von konstant gewählten Schrittweiten (h=const), wurden drei Split-Step-Fourier Varianten implementiert, und zwar
  1) einfache Split-Step-Fourier Methode
  2) symmetrische Split-Step Fourier Methode mit Midpointformel
  3) symmetrische Split-Step-Fourier Methode mit Trapezregel.
Um die Simulationsergebnisse im linearen Fall zu bewerten, wurde die simulierte Impulsantwort für ein Soliton mit der analytischen Lösung der Impulsantwort verglichen. Analytisch berechnete und simulierte Impulsanwort eines Soliton erster Ordnung sind in der folgenden Abbildung aufeinander dargestellt.
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Für die Überprüfung der Simulationsergebnisse im nichtlinearen dämpfungsfreien Fall wurden einige analytischen Lösungen für Solitonen herangezogen. Für die drei implementierten Varianten sind hier die Abweichungen von der analytischen Lösung für ein Soliton erster Ordnung gegeben.
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Für die Überprüfung der Simulationsergebnisse im nichtlinearen dämpfungsbehafteten Fall wurde 2 Näherungslösunge für Solitonen erste Ordnung herangezogen. Unten sind die Abweichungen der Simulation von den Näherungslösungen dargestellt
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