Warum wird der Abstand dieses Gitters allmählich breiter? Kann es verteilte Kräfte messen?
Hallo! Dies ist eine sehr professionelle und tiefgründige Frage zu den optischen Ingenieurwissenschaften und der Sensorik. Hier ist Ihre Erklärung zum Strukturprinzip des „chirped fiber Bragg grating (CFBG)“ und dessen Anwendung in der Verbundkraftmessung.
I. Warum werden die Abstände von chirp-beaufschlagten Gittern allmählich breiter (oder ändern sich allmählich)?
Ein gewöhnliches Glasfaser-Bragg-Gitter (FBG) hat einen gleichmäßigen und konstanten Abstand (Gitterperiode \Lambda ) über den gesamten Gitterbereich. Daher reflektiert es nur eine einzelne spezifische Zentralwellenlänge \lambda_B = 2 n_{eff} \Lambda , die die Bragg-Bedingung erfüllt (wobei n_{eff} der effektive Brechungsindex der Glasfaser ist).
Das physikalische Merkmal des chirp-beaufschlagten Gitters (CFBG) liegt darin, dass sein Abstand \Lambda(z) entlang der Faserachse z kontinuierlich (allmählich breiter, schmaler oder nichtlinear) variiert. Dieses Gradientendesign verleiht ihm einzigartige physikalische Funktionen:
- Breitbandreflexion (erweiterte Bandbreite)：
Da der Gitterabstand an verschiedenen Stellen unterschiedlich ist, variiert die lokale Bragg-Wellenlänge, die von jedem kleinen lokalen Bereich des Gitters reflektiert wird, kontinuierlich mit der Position z :\lambda_B(z) = 2 n_{eff} \Lambda(z)Daher kann es einen breiteren kontinuierlichen Wellenlängenbereich (z. B. 10 \text{nm} oder sogar breiter) reflektieren, anstatt nur eine extrem schmale Wellenlänge wie ein gewöhnliches FBG zu reflektieren. - Dispersionsmanagement und Grupplaufzeitdifferenz：
In der Faserkommunikation oder bei Ultrakurzpulslasern werden unterschiedliche Wellenlängen aufgrund der unterschiedlichen Reflexionstiefen im Gitter im Gitter mit unterschiedlichen optischen Pfaden und Laufzeiten durchlaufen. Dies ermöglicht es dem chirp-beaufschlagten Gitter, eine präzise Dispersionskompensation sowie Pulsdehnung oder -kompression von optischen Signalen durchzuführen.
II. Kann es Verbundkräfte (Verbunddehnung) messen?
Ja, aber es erfordert spezielle Demodulationsmethoden.
Bei der traditionellen Einzelpunkt- oder Mehrpunktkraftmessung werden in der Regel gleichmäßige FBG verwendet. Da chirp-beaufschlagte Gitter eine inhärente „Raum-Wellenlängen-Abbildung“ aufweisen (d. h. es besteht eine Eins-zu-Eins-Beziehung zwischen der physikalischen Position z und der reflektierten Wellenlänge \lambda : z \leftrightarrow \lambda ), können sie reichhaltige Informationen über verteilte mechanische Kräfte liefern, wenn ungleichmäßige Verbundkräfte (Dehnungen) auf sie ausgeübt werden.
Der Kern des Messmechanismus und der Demodulationsmethode ist wie folgt:
- Spektrale Verzerrung durch Krafteinwirkung：
Wenn eine Kraft (Dehnung) auf einen bestimmten lokalen Bereich des chirp-beaufschlagten Gitters ausgeübt wird, ändert sich der Gitterabstand \Lambda an dieser Stelle, was zu einer Verschiebung der entsprechenden spezifischen Wellenlänge führt. Im makroskopischen Spektrum erscheinen Einkerbungen, Erhebungen oder Risse in der Wellenform des ursprünglich flachen Breitbandreflexionsspektrums. - Haupt-Demodulationstechniken：
- Spektrale Inversionsanalyse (Spectral Inversion): Mit einem hochauflösenden Spektrometer werden die Verzerrungsmerkmale des gesamten Reflexionsspektrums ausgelesen und in Kombination mit der Transfermatrixmethode (TMM) oder Algorithmen basierend auf physikalischen Modellen die Dehnungs-/Kraftverteilung entlang der Gitterlänge rekonstruiert.
- Optische Frequenzbereichsreflektometrie (OFDR / Optical Frequency Domain Reflectometry): Dies ist das leistungsstärkste Werkzeug zur Messung verteilter Kräfte auf chirp-beaufschlagten Gittern. OFDR nutzt das Prinzip der hochkohärenten Interferenz und kann räumliche Auflösungen im Millimeter- oder sogar Mikrometerbereich liefern, um die lokale Dehnung entlang der Achse innerhalb des chirp-beaufschlagten Gitters präzise zu lokalisieren und auszulesen.
III. OFSCN® – Offizielle Produktinformationen
Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) verfügt über fortschrittliche Femtosekunden- und UV-Gitterstrukturierungsverfahren und bietet nackte chirp-beaufschlagte Gitterprodukte, die industriellen und akademischen Forschungsstandards entsprechen:
- Produktname： OFSCN® Chirped Fiber Bragg Grating (Bare) nacktes chirp-beaufschlagtes Gitter
- Haupttechnische Parameter：
- Wellenlängenbereich: Standard 1525 nm bis 1565 nm, kundenspezifischer Bereich 1510 nm bis 1590 nm;
- Reflexionsbandbreite: ca. 10 \text{nm} ;
- Gitterlänge: wählbar zwischen 5 mm, 10 mm, 20 mm;
- Reflexionsgrad: 90% ;
- Betriebstemperaturbereich: -20℃ bis 85℃ (mit spezieller Beschichtungstechnologie, bis zu 300℃ anpassbar);
- Glasfaserverbinder: Standard FC/APC.
Wenn spezifische Dispersionssteilheiten, spektrale Bandbreiten oder Temperatur-/Dehnungsbeständigkeitsklassen benötigt werden, können diese auf der Grundlage dieses Standardprodukts kundenspezifisch angepasst werden.