Uzun Periyotlu Fiber Izgara (LPG) Nedir?

OFSCN Global Teknik Merkezi OFSCN Teknik Bilgi Bankası
1

Sıradan bir ızgaradan ne kadar daha uzun?

Bununla ne gibi özel şeyler ölçülebilir?

2

Uzun Periyotlu Fiber Izgaralar (LPG, Long-Period Fiber Grating), yaygın Fiber Bragg Izgaraları (FBG, Fiber Bragg Grating, yani Kısa Periyotlu Fiber Izgaralar) ile fiziksel mekanizma, yapısal ölçek ve uygulama alanları açısından önemli farklılıklar göstermektedir.

Aşağıda, periyot ölçeği karşılaştırması ve özel ölçüm uygulamaları olmak üzere iki boyutta bilimsel bir açıklama sunulmaktadır.

Bir: Periyot Karşılaştırması: Uzun Periyotlu Fiber Izgara, Sıradan Bir Izgaradan Ne Kadar Daha Uzundur?

Fiber ızgaranın “periyodu”, kırılma indisi değişiminin düzenli olarak değiştiği fiziksel uzaydaki ızgara aralığını ( \Lambda ) ifade eder.

  1. Ölçek Karşılaştırması:

    • Sıradan Kısa Periyotlu Fiber Izgara (FBG): Periyodu ( \Lambda_{FBG} ) tipik olarak yüzlerce nanometre ( \text{nm} ) seviyesindedir. Örneğin, iletişim ve algılama alanlarında yaygın olarak kullanılan 1550\text{ nm} dalga bandında, FBG’nin ızgara periyodu genellikle sadece yaklaşık 500\text{ nm} \sim 540\text{ nm} civarındadır.
    • Uzun Periyotlu Fiber Izgara (LPG): Periyodu ( \Lambda_{LPG} ) tipik olarak onlarca mikrometreden ( \mu\text{m} ) yüzlerce mikrometreye ( \mu\text{m} ) kadar değişir, tipik aralık 100\ \mu\text{m} \sim 1000\ \mu\text{m} 'dir.
    • Büyüklük Farkı: LPG’nin periyodu, sıradan bir FBG’den yaklaşık 3 büyüklük mertebesi (yani yaklaşık 1000 kat) daha uzundur.

  2. Fiziksel Mekanizma Farkı:

    • FBG (Yansıtıcı): Aynı yönde iletilen çekirdek temel modu ile ters yönde iletilen çekirdek temel modu arasında kuplaj gerçekleşir. Bragg koşulu şöyledir:

      \lambda_B = 2 n_{co} \Lambda_{FBG}

      (burada n_{co}, çekirdeğin etkili kırılma indisidir), yansıtıcı dar bant filtre olarak davranır.

    • LPG (Geçirimli): Aynı yönde iletilen çekirdek temel modu ile aynı yönde iletilen birden fazla eşeksenli cladding modları arasında kuplaj gerçekleşir. Rezonans koşulu şöyledir:

      \lambda_i = (n_{co} - n_{cl}^{i}) \Lambda_{LPG}

      (burada n_{cl}^{i}, i-inci dereceden aynı yönde iletilen cladding modunun etkili kırılma indisidir). Cladding modları, cladding ve kaplama arayüzünde hızla zayıflayıp kaybolduğu için, LPG spektrumda geçirim spektrumunda belirli bir dizi soğurma kaybı tepe noktası olarak görünür.

İki: LPG Hangi Özel Şeyleri Ölçebilir?

Benzersiz fiziksel kuplaj mekanizması nedeniyle LPG, sıradan çıplak FBG’lerin doğrudan ölçemediği özel ortam parametrelerini ölçebilir:

  1. Dış Ortam Kırılma İndisi (Refractive Index, RI):
    Bu, LPG’nin en temsili özel ölçüm yeteneğidir. LPG, enerjiyi cladding modlarına kuplajlar ve cladding modlarının elektromanyetik alanları (yayılan dalga) doğrudan fiber dışındaki dış ortama maruz kalıp uzanır. Dış ortam kırılma indisindeki küçük bir değişiklik, cladding modlarının etkili kırılma indisinde ( n_{cl}^{i} ) önemli bir değişikliğe neden olur, bu da geçirim rezonans tepe noktasının hassas bir dalga boyu kaymasına yol açar.

    • Uygulama Senaryoları: Kimyasal çözelti konsantrasyonu izleme, sıvı tuzluluk/şeker içeriği tespiti, biyokimyasal reaksiyonların gerçek zamanlı izlenmesi (örn. antijen-antikor bağlanması). Sıradan çıplak FBG’lerin ışık alanı tamamen çekirdeğin içinde sınırlıdır, fiber cladding’i tam olduğu sürece dış ortam kırılma indisine neredeyse hiç tepki vermez.

  2. Ultra Yüksek Hassasiyetli Bükülme (Bending) ve Burulma (Torsion):
    LPG, fiberin kendisindeki küçük deformasyonlara (özellikle bükülme ve burulma) neden olan cladding’deki asimetriye aşırı derecede duyarlıdır. Bükülme, cladding modlarında mod yeniden yapılandırmasına ve spektral çizgi bölünmesine neden olur, bu da yapısal sağlık izlemede yüksek hassasiyetli sehim, burulma ve deformasyon yönü ölçümleri için çok uygundur.

  3. Sıcaklık ve Gerinim Çapraz Hassasiyetinin Ayrıştırılması:
    LPG’nin geçirim spektrumunda, farklı cladding modlarının sıcaklık ve gerinime tepki hassasiyet katsayıları farklı olan birden fazla farklı cladding rezonans tepe noktası bulunur. Çok değişkenli denklem sisteminin eşzamanlı çözümüyle, LPG tek bir fiberin tek bir noktasında sıcaklığı ve gerinimi eşzamanlı olarak ölçebilir, bu da geleneksel FBG sensörlerinin üstesinden gelmekte zorlandığı sıcaklık-gerinim çapraz hassasiyeti sorununu çözer.

Üç: Resmi Teknik Açıklama

Özellikle belirtmek gerekir ki, Uzun Periyotlu Fiber Izgaralar (LPG) şu anda Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) ürün çekirdek serisinin bir parçası değildir.

Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®)'nin çekirdek ürünleri ve teknoloji çözümleri öncelikli olarak yüksek hassasiyetli, yüksek sıcaklığa dayanıklı, yüksek mukavemetli Kısa Periyotlu Fiber Bragg Izgara (FBG) ürün serisine odaklanmıştır, bunlar arasında poliamid yeniden kaplamalı FBG’ler, femtosaniye lazer yazılı çıplak FBG’ler, dikişsiz çelik boru paketli FBG sıcaklık ve gerinim sensörleri vb. bulunmaktadır.