Ein Bragg-Gitter ist ein kurzes Stück Lichtwellenleiter, das Lichtwellenlängen filtert. Wie Geschwindigkeitsschwellen in einem Tunnel besetzen kleine Gitter den Glaskern einer Faser, die in Abständen von bis zu Hunderten gleichzeitig platziert werden. Diese sind so konzipiert, dass sie bestimmte Teile einer Lichtwelle inkrementell zurückreflektieren. Die Gitter verteilen Teile der Welle, während sie sich fortpflanzt, was eine Feinabstimmung der Eigenschaften der Wellenübertragung für zahlreiche Zwecke ermöglicht.
Zusammen stabilisieren diese Gitter die Laserstrahlausgaben und ermöglichen die Funktion von Wellenmultiplexern. Diese Geräte trennen Lichtwellen, um die Wellenübertragungen zu erhöhen, die sich gleichzeitig durch die Faser ausbreiten. Andere Bragg-Gitter arbeiten in faseroptischen Sensoren, die Temperatur und Dehnung messen.
Die Bragg-Wellenlänge bezieht sich auf die Berechnung der Interferenzperiode und des Einfallswinkels eines Lichtstrahls, wodurch Gitter effektiv beabstandet werden können. Es ist nach dem britischen Physiker Sir William Lawrence Bragg benannt. Ein Bragg-Gitter wird erzeugt, indem ein ultravioletter (UV) Laser verwendet wird, um Brechungsindizes entlang eines Faserkerns einzuschreiben.
Zwei Verfahren zum Erzielen periodischer oder aperiodischer Brechungsvariationen umfassen Interferenz und Maskierung. Im Wesentlichen wird die Lichtempfindlichkeit einer Faser durch Belichtung, Interferenz oder Maskierung von UV-Licht verändert. Diese Prozesse können für die Massenproduktion von Fasern mit refraktiven Gitterperioden automatisiert werden.
Eine weitere Anwendung des Bragg-Gitters in Lichtwellenleitern liegt in der Sensorik. Ein Typ eines faseroptischen Sensors erkennt die Eigenschaften von Materialien, die durch eine Lücke im optischen Pfad laufen. Sensoren können auch Fasern verwenden, um Informationen von anderen Arten von Sensoren zu leiten. Solche Eigenschaften umfassen Lichtintensität, Phase und Polarisation. Fasern mit Bragg-Gitter reflektieren harmlos einige Frequenzen von Licht mit breitem Spektrum und machen einen Weg frei für nur die gewünschten Wellenlängen, die analysiert werden.
In der Sensorik werden Bragg-Gitter-Prinzipien auch auf andere Weise eingesetzt. Sensoren mit Faser-Bragg-Gitter können Temperatur und Dehnung messen. Temperaturänderungen können den Brechungsindex einer Faser verändern, wodurch die reflektierten Wellenlängen verändert werden. Änderungsgrad entspricht Temperaturwerten, ausgenommen andere Bedingungen wie Zug oder Druck.
Belastung kann durch ähnliche Faktoren verursacht werden, die Temperaturänderungen verursachen; Um Dehnungen zu messen, ist die Verwendung eines Dehnungs- und Temperatursensors erforderlich. Die Qualitäten der reflektierten Wellenlängen zeigen alle Änderungen des Brechungsindex an. Der Temperaturmesswert wird einfach von der Gesamtänderung abgezogen und die Differenz wird der Dehnung zugeschrieben. Dies wird als temperaturkompensierter Dehnungswert bezeichnet.
Optische Sensoren mit Bragg-Gitter ersetzen herkömmliche elektrische Sensoren mit ähnlichen Einbaueigenschaften; Messgeräte werden auf ähnliche Weise über Schrauben, Schweißnähte, Epoxidharz und eingebettete Platzierungen montiert. Optische Kanäle können jedoch Dutzende von Sensoren aufnehmen und sorgen für sichere, klare Übertragungen über große Entfernungen. Als solche können diese Sensoren dort ansetzen, wo herkömmliche Sensoren versagen.
Die Verwendung von Bragg-Gitter ermöglicht Fasern mit benutzerdefinierten Wellenlängen und Bandbreiten. Es bietet Reflektivitäten, die notwendig sind, um einer Vielzahl von Anwendungen und Feldbedingungen gerecht zu werden. Faserinnovationen markieren viele Verbesserungen gegenüber komplexeren und kostspieligeren konventionellen Systemen.