Regenerieren von Faser-Bragg-Gittern in polarisationserhaltenden optischen Fasern

Polz, Leonhard GND

Die Überwachung der Temperaturverteilung in industriellen Prozessanlagen ist ein wichtiger Parameter für eine weitere Effizienzsteigerung dieser Anlagen. Die faseroptische Messtechnik und speziell Faser-Bragg-Gitter- (FBG) Sensoren bieten hier großes Potential um viele Messstellen in einer Anlage zu realisieren bei gleichzeitig geringem Verkabelungsaufwand. Darüber hinaus sind faseroptische Sensoren auch besonders gut für Messungen auf Hochspannungspotential und bei Anwesenheit starker elektromagnetischer Felder geeignet. Die thermische Instabilität der herkömmlich verwendeten FBG vom Typ-I beschränkt dabei aber deren Einsatz bei höheren Temperaturen. Regenerierte Faser-Bragg-Gitter (RFBG) dagegen zeigen auch bei hohen Temperaturen eine gute Stabilität. Da die Mechanismen bei der Entstehung der RFBG noch nicht vollends verstanden sind, wurden in dieser Arbeit zunächst Versuche zur RFBG-Herstellung mit verschiedenen Fasertypen durchgeführt. Dabei wurden wichtige Erkenntnisse über das Regenerationsverhalten von FBG in verschiedenen Fasertypen und bei unterschiedlicher Vorbehandlung erarbeitet. Da FBG allerdings nicht nur auf Temperaturänderungen reagieren, sondern auch auf Zugkräfte entlang der Faser, erschwert dies den Aufbau längerer FBG-Temperatur-Messketten. Ein anderer Ansatz besteht darin die Temperatur und die entlang der Faser wirkende Kraft simultan zu bestimmen. Dazu eignen sich FBG in Polarisationserhaltungsfasern (PM-Fasern). In dieser Arbeit wurde die Herstellung und erstmals auch die Eignung von RFBG in einer PM-Faser vom Typ Panda für simultane Temperatur- und Kraftmessungen untersucht. Trotz der guten Stabilität des RFBG bis 800°C zeigte sich, dass ein Einsatz des Sensors aufgrund der Glaszusammensetzung bestimmter Faserbereiche nur bis ca. 500 °C sinnvoll ist. Aufgrund der ähnlichen Materialeigenschaften sollten diese Ergebnisse auch auf andere spannungsdoppelbrechende Fasertypen mit B-dotierten Stresselementen übertragbar sein.

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Polz, Leonhard: Regenerieren von Faser-Bragg-Gittern in polarisationserhaltenden optischen Fasern. Jena 2018.

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