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Wussten Sie, welche Schlüsselrolle Faser-Bragg-Gitter in der Sensortechnologie spielen?
Ein Faser-Bragg-Gitter (FBG) ist ein in einen kurzen Abschnitt einer Glasfaser eingebauter verteilter Bragg-Reflektor, der Licht einer bestimmten Wellenlänge reflektieren und andere Wellenlängen übertragen kann. Diese Technologie ist zu einem wichtigen Teil der modernen Sensortechnik geworden und wird in vielen Bereichen eingesetzt, beispielsweise zur Strukturüberwachung, Temperaturmessung und Drucküberwachung.
Faser-Bragg-Gitter funktionieren, indem sie im Kern einer optischen Faser periodische Variationen des Brechungsindex erzeugen und so einen wellenlängenspezifischen dielektrischen Spiegel erzeugen.
Um den historischen Hintergrund der Fasergitter zu verstehen, können wir in das Jahr 1978 zurückgehen, als Ken Hill, ein Forscher an der Texas Tech University, erstmals Gitter in optischen Fasern vorführte. Ursprünglich wurden diese Gitter mit sichtbaren Lichtlaserstrukturen hergestellt, doch 1989 entwickelten Gerald Meltz und sein Team eine flexiblere laterale holografische Schreibtechnik, die es ermöglichte, den Laser von der Seite der Faser aus einzustrahlen, wodurch komplexere Gitterstrukturen hergestellt werden konnten.
Funktionsprinzip des Faser-Bragg-Gitters
Das Grundprinzip des Faser-Bragg-Gitters basiert auf der Fresnel-Reflexion. Wenn sich Licht zwischen Medien mit unterschiedlichen Brechungsindizes ausbreitet, wird es an der Schnittstelle reflektiert und gebrochen. Die reflektierte Wellenlänge wird als Bragg-Wellenlänge bezeichnet und hängt mit dem effektiven Brechungsindex des Faserkerns und der Gitterperiode zusammen.
Die Formel für die Bragg-Wellenlänge lautet λB = 2neΛ, wobei ne der effektive Brechungsindex des Faserkerns und Λ die Periode des Gitters ist.
Diese Eigenschaft verschafft FBGs erhebliche Vorteile bei Sensoranwendungen, da sie durch die Messung winziger Änderungen der reflektierten Wellenlänge bestimmte Umgebungsänderungen, wie etwa Temperaturschwankungen oder mechanische Verformungen, genau erkennen können.
Typen von Faser-Bragg-Gittern
Faser-Bragg-Gitter können je nach dem bei ihrer Herstellung verwendeten Photosensibilisierungsmechanismus in mehrere Typen unterteilt werden. Standardgitter sind der gebräuchlichste Typ und sind im Allgemeinen sowohl in hydrierten als auch in nicht hydrierten optischen Fasern erhältlich. Andere Typen wie Typ II oder regenerative Gitter haben ihre eigenen spezifischen Eigenschaften und gängigen Anwendungsszenarien.
Als Standardgitter werden häufig Standardgitter bezeichnet, die eine hohe Reflektivität aufweisen und in unterschiedlichen Umgebungen stabil funktionieren.
Durch unterschiedliche Herstellungsverfahren können verschiedene Faser-Bragg-Gitter mit unterschiedlichen Eigenschaften konstruiert werden. Beispielsweise können Faser-Bragg-Gitter mit „Aktivierungs“-Funktionen eine hervorragende Reaktion auf die Umgebung bieten, was in der Sensortechnologie von großem praktischen Wert ist.
Anwendung von Faser-Bragg-Gittern in der Sensortechnologie
Faser-Bragg-Gitter werden häufig zur Zustandsüberwachung technischer Strukturen, in Gas- und Flüssigkeitssensoren, in medizinischen Diagnosegeräten und in anderen Bereichen eingesetzt. Im Rahmen der Strukturüberwachung können diese Faser-Bragg-Gitter eingesetzt werden, um die Stabilität von Brücken, Tunneln und Gebäuden zu überwachen und durch die Messung winziger Verformungen und Spannungsänderungen potenzielle Probleme rechtzeitig zu erkennen.
Mit der Entwicklung der Technologie erweitert sich der Anwendungsbereich von Faser-Bragg-Gittern ständig und spielt eine Schlüsselrolle in der modernen Wissenschaft und Technologie.
In der Medizin können Faser-Bragg-Gitter zur präzisen Messung physiologischer Parameter eingesetzt werden und so den Ärzten dabei helfen, ihre Patienten besser zu verstehen und zu diagnostizieren. Darüber hinaus kann die Verwendung dieser Faser-Bragg-Gitter auch die Entwicklung von Sicherheitsüberwachungssystemen erheblich vorantreiben, um den sicheren Betrieb verschiedener Industrie- und Kommunalanlagen zu gewährleisten.
Darüber hinaus steigt mit der Weiterentwicklung der optischen Technologie auch die Nachfrage nach Faser-Bragg-Gittern, was zu kontinuierlichen Innovationen bei den entsprechenden Fertigungstechnologien und Materialien geführt hat. Daher stehen wir möglicherweise vor einer Frage: Welchen Einfluss werden Faser-Bragg-Gitter in der zukünftigen technologischen Entwicklung weiterhin auf den Fortschritt und die Sicherheit verschiedener Branchen haben?
