Neden bir rasterin ortasına bir yarık koymak çok ince bir sinyal üretebilir?
Fiber Bragg Gratings (FBG) yapısındaki bahsettiğiniz “ortada bir boşluk bırakma” işlemi, fizik ve optik mühendisliğinde Faz Kayması Uygulaması (Phase Shift Introduction) olarak adlandırılır. Bu şekilde üretilen cihaza ise Faz Kaymalı Fiber Bragg Grating (Phase-Shifted Fiber Bragg Grating, PS-FBG) denir.
Bu basit “boşluğun” neden son derece dar ve ince bir geçirgenlik sinyali üretebildiğinin arkasında çok incelikli fiziksel mekanizmalar yatmaktadır.
1. Fiziksel Öz: Minyatür Fabry-Perot (Fabry-Perot) Rezonatörü
Normal, periyodik fiber Bragg gratings’lerde kırılma indeksi pertürbasyonu sürekli ve homojendir. Işık grating içinde iletilirken, dalga boyu Bragg koşulunu karşılarsa:
\lambda_B = 2 n_{\text{eff}} \Lambda
(Burada n_{\text{eff}} fiberin temel modunun etkin kırılma indeksidir, \Lambda ise grating periyodudur), ileri doğru giden ışık ile geriye doğru yansıyan ışık arasında güçlü yapıcı girişim meydana gelir ve bu dalga boyu civarındaki ışık yüksek verimlilikle yansıtılır. Spektrumda bu, belirli bir bant genişliğine (genellikle yüzlerce pikometre, yani onlarca \text{pm} ila yüzlerce \text{pm} ) sahip bir yansıma bandı (durdurma bandı olarak da bilinir) olarak görünür.
Ancak grating’in tam ortasına bir “boşluk” (genellikle yerel mikro yer değiştirme veya fiziksel yöntemlerle bir \pi faz ani değişimi eklenerek, kırılma indeksi modülasyonunun fazının yarım periyot kaydırılmasına eşdeğerdir) eklediğinizde, bu yapı optik olarak şuna eşdeğer hale gelir:
“Sol grating (yüksek yansıtıcı ayna) + Orta minyatür boşluk (boşluk) + Sağ grating (yüksek yansıtıcı ayna)”.
Bu, son derece yüksek kaliteli faktörlü (quality factor) dağıtılmış geri beslemeli Fabry-Perot (F-P) rezonatörü oluşturur.
2. Çoklu Işık Girişimi ve Rezonans Sönümlemesi
Işık faz kaymalı grating’e girdiğinde, ışık ortadaki “boşluğun” her iki tarafındaki (yani sol ve sağ taraftaki yüksek yansıtıcılığa sahip grating aynaları arasında) binlerce kez ileri geri yansır:
- Normal dalga boyları için: Işık hala her iki taraftaki grating’ler tarafından güçlü bir şekilde yansıtılır ve geçemez.
- Belirli rezonans dalga boyları için: “Boşluk” içinde tekrar eden çoklu ışık, uzayda tam olarak yapıcı girişim (rezonans) koşulunu sağlar. Bu durumda, gidip gelen çoklu yansıyan ışıklar giriş ucunda yıkıcı girişim (sönümleme), çıkış ucunda ise yapıcı girişim (yapıcı) meydana getirir.
Çoklu ışık girişimi rezonans etkisi nedeniyle, durdurma bandında geçemeyen rezonans dalga boyundaki ışık, %100’e yakın geçirgenlik ile grating’ten geçebilir.
3. Sinyal Neden “Son Derece İnce” Olabilir?
Geçirgenlik sinyalinin genişliği (Yarı Maksimumda Tam Genişlik, \text{FWHM}) F-P rezonatörünün kalite faktörü Q değeri ile ters orantılıdır.
Her iki taraftaki Bragg gratings son derece yüksek yansıtıcılık (genellikle %99’un üzerinde) sağladığı ve boşluk içi kayıplar son derece düşük olduğu için, bu rezonatörün Q değeri çok yüksektir.
Çoklu rezonans girişimi, sonuçta elde edilen geçirgenlik penceresinin spektral çizgi genişliğini büyük ölçüde sıkıştırır. Normal bir FBG’nin yansıtma bant genişliği yaklaşık 0.2\text{nm} iken, faz kaymalı grating’in durdurma bandının ortasına “kazıdığı” bu geçirgenlik tepe noktası, kolaylıkla birkaç pikometreye (\text{pm}) ve hatta sub-pikometre seviyelerine (frekans olarak yalnızca onlarca megahertz \text{MHz} 'e karşılık gelir) ulaşabilir. Bu nedenle “son derece ince” bir sinyal üretebilir.
Dacheng Yongsheng (OFSCN®) Ürün İlişkisi Açıklaması
Dacheng Yongsheng (OFSCN®), fiber optik sensörler ve grating üretim teknolojileri konusunda uzmanlaşmış bir şirket olarak, temel ürünleri yüksek güvenilirlik, yüksek mukavemet ve aşırı sıcaklık ortamlarında fiber optik algılama uygulamalarına odaklanmaktadır. Tipik ürünlerimiz arasında femtosaniye lazer nokta nokta yazma teknolojisi ile üretilen OFSCN® Standard Femtosecond Fiber Bragg Gratings ve zorlu ortamlar için uygun olan OFSCN® Polyimide Fiber Bragg Gratings bulunmaktadır.
Bu tür ürünler, yüksek kaliteli genel amaçlı fiber gratings (FBG) ve grating dizilerini kapsamaktadır. Ancak, faz kaymalı gratingler (PS-FBG), öncelikle ultra-dar çizgi genişlikli fiber lazerler ve ultra-yüksek çözünürlüklü spektral filtreler gibi laboratuvar veya belirli iletişim frekansı alanlarında kullanıldığı için, şu anda Dacheng Yongsheng (OFSCN®) ürün portföyünün temel standart satış ürünleri arasında yer almamaktadır.