Faser Bragg Gitter (FBG) Technologie
Abb. 1-1: Funktionsprinzip der FBG
Beschreibung
Zur Herstellung von Fasergittern wird der Faserkern einer „single-mode“ Faser an einer Stelle rechtwinklig einem periodischen Muster von intensiven ultravioletten Licht ausgesetzt. Diese Einwirkung produziert einen permanente Zunahme im Brechungsindex des Faserkerns entsprechend dem Muster des ausgesetzten Schablone. Diese wiederholten festen Abstände nennt man Gitter. An jeder sich wieder-holenden Brechungsänderung wird etwas Licht zurückgestrahlt. Alle diese reflektierten Lichtsignale ergeben zusammen eine Kohärente große Rück- streuung einer ganz bestimmten Wellenlänge. Die Gitterabstände sind dabei halb so weit wie die reflektierte Wellenlänge. Diese Reflektion wird auch als Bragg Bedingung bezeichnet, die reflektierte Wellenlänge als die Braggwellenlänge. Für Wellenlängen, welche nicht zu der Bragg Wellenlänge passen, ist das Gitter durchsichtig (siehe Abb. 1-1). Deswegen kann Licht durch das Gitter mit vernachlässigbarer Variation des Signals oder Dämpfung. Nur die Wellenlängen, welche der Bragg Kondition entsprechen, sind betroffen und werden stark zurückreflektiert. Eine wichtige Eigenschaft der Faser Bragg Gitter ist die genaue gesetzte Gitterwellenlänge, welche auch beibehalten bleibt.FBG Charakteristika
Die mittige Wellenlänge, welche reflektiert wird, genügt der Bragggleichung λrefl=2 n Λ, wobei n der Brechungs- index ist und Λ Abstand zwischen den Brechungsgittern. Wegen der Temperatur- und Dehnungsabhängigkeit der Parameter n und Λ, ist die reflektierte Wellenlänge auch abhängig und ändert sich als eine Funktion von der Temperatur und/oder der Dehnung (siehe Abb. 1-2). Diese Abhängigkeit ist bekannt und erlaubt eine klare Festlegung der Temperatur oder der Dehnung an aus der reflektierten Wellenlänge.
Neben Temperatur und Dehnung können FBG’s auch für die Messung einer Reihe weiterer physikalischer Parameter herangezogen werden. Beispiele sind dabei Feuchtigkeit, Druck, Leckagen, Versatz, etc. Dies kann durch intelligente Übertragungsmechanismen erreicht werden, welche diese Eigenschaften in eine Temperatur oder Dehnung übertragen können.
Abb. 1-2: Antwort des FBG als Funktion der Dehnung
Multiplexing
Die Antwort verschiedener FBGs kann mit nur einer Faser erfolgen. Dies wird dadurch erreicht, dass die verschiedenen FBGs mit verschiedenen Wellen-längen in Reihe konfiguriert werden. Jede reflektierte Wellenlänge bezieht sich dann auf ein FBG. Die Wellenlängenantworten der unterschiedlichen FBGs werden mit einem speziellen faseroptischen Messsystem aufgenommen. Der Wellenlängenbereich dieses Systems und die eingeschriebenen FBGs müssen miteinander korrespondieren.