Wie dient es als Signalquelle für verteilte Faserdetektion (OTDR/OFDR)?
Die Rayleigh-Streuung dient als grundlegende Signalquelle für verteilte Glasfaser-Sensortechniken wie die optische Zeitbereichsreflektometrie (OTDR) und die optische Frequenzbereichsreflektometrie (OFDR) aufgrund ihrer inhärenten Natur in optischen Fasern.
So funktioniert es:
- Mikroskopische Inhomogenitäten: Optische Fasern haben trotz ihrer hohen Reinheit mikroskopische Dichte-Schwankungen und Zusammensetzungsänderungen, die während der Herstellung in ihrer Glasstruktur eingefroren sind. Diese Inhomogenitäten sind viel kleiner als die Wellenlänge des Lichts.
- Streuungsmechanismus: Wenn Licht durch die Faser propagiert, trifft es auf diese winzigen Inhomogenitäten. Dies führt dazu, dass ein Teil des Lichts in alle Richtungen gestreut wird, ein Phänomen, das als Rayleigh-Streuung bekannt ist.
- Rückstreusignal: Ein kleiner Teil dieses gestreuten Lichts wird zur Quelle zurückgerichtet, bekannt als Rayleigh-Rückstreuung. Dieses rückgestreute Licht dient als kontinuierliche „Signatur“ von jedem Punkt entlang der Faser.
- Verteilte Sensorik:
- OTDR: Bei der OTDR wird ein kurzer Lichtimpuls in die Faser eingespeist. Während sich der Impuls ausbreitet, erzeugt er eine Rayleigh-Rückstreuung. Durch Messung der Ankunftszeit und Intensität des rückgestreuten Lichts und Kenntnis der Lichtgeschwindigkeit in der Faser kann das OTDR-Gerät die Position und Größe von Ereignissen (wie Spleißen, Steckverbindern oder Brüchen) oder Verluständerungen entlang der gesamten Faserlänge bestimmen.
- OFDR: OFDR verwendet eine kontinuierlich durchgestimmte Lichtquelle. Das rückgestreute Licht von verschiedenen Punkten entlang der Faser erreicht den Detektor mit einer Phasenverschiebung, die proportional zur zurückgelegten Strecke und dem Frequenzdurchlauf ist. Durch eine Fourier-Transformation des detektierten Signals kann das System das Streuprofil präzise abbilden und kleinste Änderungen von Dehnung oder Temperatur mit sehr hoher räumlicher Auflösung entlang der Faser erkennen.
Die kontinuierliche Erzeugung von Rayleigh-Rückstreuung entlang der gesamten Länge der Faser ermöglicht wirklich verteilte Messungen, wodurch die Faser selbst zum Sensor wird.
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, die als verteilte Glasfaser-Sensorkabel oder Sensoren verwendet werden können und mit Sensorgeräten kompatibel sind, die auf Rayleigh-, Raman- oder Brillouin-Streuung basieren.