Was ist das Besondere an diesen mittels ultrakurzer Puls-Laser eingravierten Gitter?
Die Femtosekunden-Laserbeschriftungstechnik (Femtosecond Laser Inscription, FSLI) hat eine revolutionäre Bedeutung für die Herstellung von Faser-Bragg-Gittern (FBG), hauptsächlich aufgrund ihrer extrem kurzen Pulsdauer und ihrer extrem hohen Spitzenleistung. Dies führt zu fundamentalen Änderungen sowohl in den physikalischen Mechanismen als auch in der Leistung von Faserbauelementen:
1. Physikalische Eigenschaften und allgemeine technische Vorteile der Femtosekunden-Laserbeschriftung
- Nichtlineare Mehrphotonenabsorption (Nonlinear Multi-photon Absorption)
Die herkömmliche UV-Laserbeschriftung basiert hauptsächlich auf der linearen Lichtempfindlichkeit des Faserlistings. Sie erfordert typischerweise eine Wasserstoffbeladung zur Sensibilisierung und kann nur in speziell dotierten Fasern (z. B. Germanium-dotiert) verwendet werden. Femtosekundenlaserpulse haben eine Pulsdauer im Femtosekundenbereich (10^{-15}\ \text{s}) und erreichen extrem hohe Spitzenleistungsdichten am Fokus (bis zu 10^{13} \sim 10^{15}\ \text{W/cm}^2). Diese extrem hohe Energiedichte löst nichtlineare Mehrphotonen-Ionisation und Lawinenionisation aus, die eine lokale Modifikation des Brechungsindex in jedem transparenten Medium bewirken können. Daher benötigt der Femtosekundenlaser keine Wasserstoffbeladung zur Sensibilisierung der Faser und ist für fast alle Fasertypen geeignet (wie Standard-Singlemode-Fasern, Multimode-Fasern, Reinquarz-Kernfasern, Multicore-Fasern und sogar Saphirfasern). - Direkte Punkt-für-Punkt-Beschriftung „durch die Beschichtung hindurch“ (Through-the-Coating Inscription)
Da die nichtlineare Absorption des Femtosekundenlasers nur am winzigen Fokuspunkt des Objektivs stattfindet und die Polymerbeschichtung auf der Faseroberfläche für infrarote Femtosekundenlaser entweder transparent oder schwach linear absorbierend ist, kann der Femtosekundenlaser die unentfernte Beschichtung (wie Polyimid oder Acrylat) durchdringen und direkt im Faserkern zum Beschriften des Gitters fokussieren (Punkt-für-Punkt-Methode PbP oder Zeile-für-Zeile-Methode LbL). Dies vermeidet vollständig den herkömmlichen UV-Beschriftungsprozess, der das „Entfernen der Beschichtung – Beschriftung – erneutes Beschichten“ erfordert. Es minimiert die Einführung von Mikrorissen auf der Faseroberfläche und erhält die intrinsisch extrem hohe mechanische Zugfestigkeit der Faser. - Hervorragende thermische Stabilität (Physikalische Mikrostrukturelle Modifikation Typ II)
Herkömmliche UV-Gitter beruhen hauptsächlich auf Veränderungen des Brechungsindex, die durch Farbzentren-Defekte verursacht werden (Typ I-Gitter). Bei hohen Temperaturen unterliegen sie leicht einer thermischen Ausheilung, die zu einer Abschwächung oder einem Verschwinden des Gitterspektrums führt (Grenze typischerweise um 300\ ^\circ\text{C}). Die Femtosekunden-Laserbeschriftung kann lokale physikalische Mikrostrukturelle Veränderungen oder sogar Mikroschmelzen innerhalb des Materials hervorrufen (Typ II-Gitter). Diese physikalische Phasenumwandlung ist extrem stabil und kann extremen Temperaturen ohne Ausheilung standhalten.
2. Offiziell abgestimmte OFSCN® (DCYS) Produkte
Basierend auf der Femtosekunden-Laserpunkt-für-Punkt-Beschriftungstechnologie hat Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. Hochleistungs-Faser-Bragg-Gitter und Gitterketten für extreme Umgebungen (hohe Temperaturen, hohe Dehnungen, hohe Belastungen) eingeführt:
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OFSCN® Standard Femtosecond Fiber Bragg Gratings / FBG Strings (Bare)
- Technische Merkmale: Hergestellt durch Femtosekunden-Laserpunkt-für-Punkt-Beschriftung, ohne Beschädigung der Faserbeschichtung während der Beschriftung. Ermöglicht die flexible Herstellung von einzelnen FBG oder mehreren FBG-Ketten.
- Extreme Temperaturbereiche: Verwendung von OFSCN® Standard-Singlemode-Polyimidfasern. Nach spezieller Prozessbehandlung reicht der maximale nutzbare Temperaturbereich von -270\ ^\circ\text{C} bis 800\ ^\circ\text{C}. (Es kann auch eine Polyimidfaser-Version für den Bereich von Raumtemperatur bis 200\ ^\circ\text{C} gewählt werden).
- Mechanische Eigenschaften: Nennbarer Dehnungsbereich bei Raumtemperatur \le 15000\ \mu\varepsilon.
- Strukturparameter: Gitterlängen von 2\ \text{mm} , 3\ \text{mm} , 4\ \text{mm} , 5\ \text{mm} , 6\ \text{mm} , 8\ \text{mm} wählbar (Standard 8\ \text{mm} ). Standard-Wellenlängenbereich 1525\ \text{nm} bis 1565\ \text{nm} (kundenspezifisch 1510\ \text{nm} bis 1605\ \text{nm} anpassbar).
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OFSCN® High-Strength Fiber Bragg Gratings / FBG Strings (Bare)
- Technische Merkmale: Ebenfalls hergestellt durch Femtosekunden-Laserpunkt-für-Punkt-Beschriftung. Die verwendete Grundfaser ist eine OFSCN® Singlemode-Polyimidfaser, die einer strengen Hochfestigkeits-Auswahl unterzogen wurde. Der Außendurchmesser der Faser beträgt 155\ \mu\text{m}.
- Anwendungsbereiche: Dank des Femtosekunden-Beschriftungsverfahrens, bei dem die Beschichtung nicht entfernt wird, behält das Gitter seine hohe mechanische Festigkeit vollständig bei. Dies macht es zur idealen Wahl für die Überwachung extremer Dehnungen in der Luft- und Raumfahrt sowie bei großen Strukturen.
