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Growing bandwidth demands are driving the search for increased network capacity leading to the exploration of new wavelength ranges for future communication systems. Therefore, we consider two technologies that offer increased transmission bandwidths by virtue of their high carrier frequencies, namely optical wireless and millimeter-wave transmission. After highlighting the relevant electromagnetic (EM) spectrum region, we briefly describe the applications and properties of each approach coupled with a short history of their development. This is followed by a performance comparison in two possible 5G links: outdoor point-to-point and indoor hotspots. We find that in both cases, there are regions where optical wireless communications (OWC) are better, but others where millimeter waves are to be preferred. Specifically, the former outperforms the latter over distances up to approximately 50 meters outdoors and a 10-meter hotspot radius indoors.
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The book is designed to serve as a textbook for courses offered to upper-undergraduate students enrolled in physics. The first edition of this book was published in 2014. As there is a demand for the next edition, it is quite natural to take note of the several advances that have occurred in the subject over the past five years and to decide which of these are appropriate for inclusion at the textbook level, given the fundamental nature and the significance of the subject area. This is the prime motivation for bringing out a revised second edition. Among the newer mechanisms and materials, the book introduces the super-continuum generation, which arises from an excellent interplay of the various mechanisms of optical nonlinearity. The topics covered in this book are quantum mechanics of nonlinear interaction of matter and radiation, formalism and phenomenology of nonlinear wave mixing processes, optical phase conjugation and applications, self-focusing and self-phase modulation and their role in pulse modification, nonlinear absorption mechanisms, and optical limiting applications, photonic switching and bi-stability, and physical mechanisms leading to a nonlinear response in a variety of materials. This book has emerged from an attempt to address the requirement of presenting the subject at the college level. This textbook includes rigorous features such as the elucidation of relevant basic principles of physics; a clear exposition of the ideas involved at an appropriate level; coverage of the physical mechanisms of non-linearity; updates on physical mechanisms and emerging photonic materials and emphasis on the experimental study of nonlinear interactions. The detailed coverage and pedagogical tools make this an ideal textbook for students and researchers enrolled in physics and related courses.
Statistical physics. --- Microwaves. --- Optical engineering.
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This book offers the reader a practical guide to the control and characterization of laser diode beams. Laser diodes are the most widely used lasers, accounting for 50% of the global laser market. Correct handling of laser diode beams is the key to the successful use of laser diodes, and this requires an in-depth understanding of their unique properties. Following a short introduction to the working principles of laser diodes, the book describes the basics of laser diode beams and beam propagation, including Zemax modeling of a Gaussian beam propagating through a lens. The core of the book is concerned with laser diode beam manipulations: collimating and focusing, circularization and astigmatism correction, coupling into a single mode optical fiber, diffractive optics and beam shaping, and manipulation of multi transverse mode beams. The final chapter of the book covers beam characterization methods, describing the measurement of spatial and spectral properties, including wavelength and linewidth measurement techniques. The book is a significantly revised and expanded version of the title Laser Diode Beam Basics, Manipulations and Characterizations by the same author. New topics introduced in this volume include: laser diode types and working principles, non-paraxial Gaussian beam, Zemax modeling, numerical analysis of a laser diode beam, spectral property characterization methods, and power and energy characterization techniques. The book approaches the subject in a practical way with mathematical content kept to the minimum level required, making the book a convenient reference for laser diode users.
Lasers. --- Photonics. --- Semiconductors. --- Microwaves. --- Optical engineering. --- Optics, Lasers, Photonics, Optical Devices. --- Microwaves, RF and Optical Engineering.
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Der Klassiker der "Theoretischen Elektrotechnik" wurde für die vorliegende 16. Auflage vollständig neu bearbeitet. Der Hauptteil des Buches befasst sich mit der Theorie und einführenden Anwendungen elektromagnetischer Felder. Es gibt eine klare Gliederung der Näherungstheorien: Theorie elektrischer Netzwerke, Elektrostatik, elektrisches Strömungsfeld, stationäres Magnetfeld, quasi-stationäres Feld, volle Maxwellsche Gleichungen. In der Neuauflage geben die Autoren eine neuartige Begründung des feldtheoretischen Ansatzes bei der physikalischen Modellbildung und der Theorie quasistationärer Felder. Auch die Grundlagen der Theorie elektrischer Netzwerke und der Theorie der Übertragungsleitungen wurden auf den neusten wissenschaftlichen Stand gebracht. In den Beispielen und Anwendungsabschnitten wird die Brauchbarkeit der abgehandelten Methoden anhand klassischer und auch moderner Beispiele demonstriert. Besonderen Wert haben die Autoren darauf gelegt, den Küpfmüllerschen Stil beizubehalten, der das Buch zu einem Bestseller gemacht hat.
Electrical engineering. --- Optics. --- Electrodynamics. --- Microwaves. --- Optical engineering. --- Electrical Engineering. --- Classical Electrodynamics. --- Microwaves, RF and Optical Engineering.
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Das Buch beschreibt die Grundlagen der Femtosekundenlaser, d.h. Strahlungsquellen mit ganz neuen Möglichkeiten in Technik, Chemie, Produktion und Medizin. Neben etablierten Verfahrenstechniken kommen modernste Einsatzgebiete des Zeitmikroskops, das zur direkten Beobachtung von Elektronen dient, zur Sprache. In der Chemie und Biologie geschehen optische Übergänge durch optische Anregung auf ganz bestimmten Zeitskalen, und der Femtosekundenlaser kann dabei helfen, die schnellsten Zeitbereiche dieser untersuchten Übergänge präzise aufzulösen. Neben den neuartigen Gebieten Femtochemie, Femtonik und Attowissenschaften werden spezielle Anwendungen an der Grenze von Forschung und Theorie erläutert. 1999 gab es den Nobelpreis für Ahmed Zewail für seine Erfolge um das Gebiet der Femtochemie. Am 20. Dezember 2013 hat die UN-Generalversammlung das Jahr 2015 als „Internationales Jahr des Lichts und der lichtbasierten Technologien“ ausgerufen. Das Jahr des Lichts „soll an die Bedeutung von Licht als elementare Lebensvoraussetzung für Menschen, Tiere und Pflanzen und daher auch als zentraler Bestandteil von Wissenschaft und Kultur erinnern“. Heute gilt die Femtosekundentechnologie als der Innovations- und Wirtschaftsmotor der Zukunft und wird viele Arbeitsplätze in der Industrie sichern helfen. Neben der Zahn- und Krebsmedizin sowie Augenheilkunde ist der Femtosekundenlaser auch bei industriellen Anwendungen nicht mehr wegzudenken. Man kann Werkstoffstrukturen im Nanometerbereich mit einem Ti:Saphir-Femtosekundenlaser herstellen. Ein Ausblick auf das nächste Technik-Zeitalter – das des Lichts – wird mit einem abschließenden kleinen Lexikonteil und Literaturzitaten gegeben.
Microwaves. --- Optical engineering. --- Lasers. --- Photonics. --- Microwaves, RF and Optical Engineering. --- Optics, Lasers, Photonics, Optical Devices.
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Das Übungs- und Aufgabenbuch zur Nachrichtenübertragung illustriert Methoden der Nachrichtentechnik anhand ausgewählter Problemstellungen. Die Struktur des zugrunde liegenden Lehrwerks „Nachrichtenübertragung“ mit den Themen der Systemtheorie, analoger und digitaler Modulationsverfahren sowie der Mobilfunkübertragung wurde identisch übernommen. Den 18 Kapiteln sind insgesamt 70 Aufgaben zugeordnet, denen sich jeweils ausführliche Lösungen anschließen. Ein PC wird zur Bearbeitung nicht benötigt.
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Ziel dieses Lehrbuches ist eine kompakte und verständliche Vermittlung des hochfrequenztechnischen Grundlagenwissens. Dazu gehört das Verständnis der Wellenausbreitung sowie der daraus resultierenden Phänomene Reflexion und Interferenz. Weiter nimmt das typische Handwerkszeug des HF-Technikers – das SMITH-Diagramm – breiten Raum ein. An geeigneten Stellen wird ein Praxisbezug mit Erläuterung spezifischer HF-Bauteile hergestellt.
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Dieses Lehr- und Übungsbuch behandelt in ausführlicher und systematischer Weise die Grundlagen und Berechnungsverfahren der Gleichstromtechnik und das elektromagnetische Feld. Die Inhalte wurden durch intensive Mitarbeit von Studierenden und Kollegen immer wieder verbessert. Zahlreiche Aufgaben mit ausführlichen Lösungen im Anhang ergänzen die theoretischen Abhandlungen und ermöglichen eine gute Prüfungsvorbereitung. Ein Verzeichnis der verwendeten Schreibweisen, Formelzeichen und Einheiten erleichtert das Arbeiten mit dem Buch. Der Inhalt Physikalische Grundbegriffe – Gleichstromtechnik – Stromkreis – Netzwerkberechnung – Energie und Leistung – Das elektromagnetische Feld – Elektrisches Strömungsfeld – Elektrostatisches und magnetisches Feld – Induktion – Magnetische Energie – Lösungen Die Zielgruppen Studierende der Ingenieur- und Naturwissenschaften, insbesondere Elektrotechnik, Technische Informatik und Physik an Fachhochschulen und Technischen Hochschulen, Universitäten und Berufsakademien Der Autor Prof. Dr.-Ing. Wilfried Weißgerber lehrte an der Fachhochschule Hannover Grundlagen der Elektrotechnik, Höhere Mathematik und Theoretische Elektrotechnik.
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Ziel des Lehrbuches ist, ein grundlegendes Verständnis für die Prinzipien und Verfahren zu vermitteln, die zur Informationsübertragung in Kommunikationssystemen verwendet werden. Angesprochen sind Studierende der Elektrotechnik und Informationstechnik, aber auch Entwicklungsingenieure in der Praxis sowie Mathematiker, Physiker und Informatiker. Schwerpunkt der ersten Kapitel ist die zum Grundverständnis notwendige digitale Übertragung über additive Gauß-Kanäle. Anschließend werden zeitvariante Kanäle behandelt, die durch zunehmende Nutzung von Funk-Übertragungsmedien immer wichtiger geworden sind. Optimale Empfänger und die notwendigen adaptiven Entzerrungsverfahren werden betrachtet, eine Einführung in die Informationstheorie erläutert die zum Verständnis notwendigen theoretischen Grenzen, die Grundprinzipien der Kanal- und Quellencodierung werden ebenfalls behandelt. Weitere Themen sind: Multiplex- und Vielfachzugriffsverfahren, Warteschlangentheorie, Protokolle, Kommunikationssysteme. Ein Abschnitt über vektorwertige Übertragung stellt eine Überleitung zu aktuellen Forschungsthemen auf dem Gebiet der drahtlosen Informationsübertragung dar.
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Das Buch wendet sich an Studierende des Haupt- bzw. Masterstudiums an Universitäten und Fachhochschulen, Doktoranden und Berufseinsteiger. Es werden in detailliert nachvollziehbaren Schritten mathematische Grundlagen erarbeitet, Schaltungstechniken abgeleitet und Methoden der praktischen computergestützten Entwurfstätigkeit erläutert. Durch ein betont intuitives Verständnis soll insbesondere die synthetische Entwurfstätigkeit des Entwicklungsingenieurs unterstützt werden. Den Schwerpunkt bilden dabei Verstärker, Oszillatoren und Mischer, aber auch digitale Grundfunktionen, die in integrierten anwendungsspezifischen Halbleiterschaltkreisen (ASICs) Anwendung finden. Der Inhalt Signalausbreitung auf Leitungen – Grundlagen des Entwurfs von Hochfrequenzschaltungen – Hochfrequenzverstärker – Oszillatoren – Mischer – Logikschaltungen Die Zielgruppe Studierende des Masterstudiengangs Hochfrequenzelektronik an Universitäten, Hochschulen, Fachhochschulen und Berufsakademien Doktoranden, Berufseinsteiger und Praktiker in der fachlichen Weiterentwicklung und Neuorientierung Der Autor Nach mehrjähriger Tätigkeit als Schaltkreisentwickler und Gruppenleiter am Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik Freiburg baute Prof. Dr.-Ing. Andreas Thiede an der Universität Paderborn das Fachgebiet Höchstfrequenzelektronik auf und lehrt dort seit 1999 Werkstoffkunde, Schaltungstechnik und Hochfrequenzelektronik.
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