Wenn zwei Glasfasern verschweißt werden, können die Gitter-Signale passieren?
Das „elektrische Schweißen“ zweier Glasfasern wird in der Glasfaserkommunikation und bei Glasfaser-Sensoren als Fusion Splicing bezeichnet.
Beantwortung Ihrer Frage: Ja, die Signale von Faserbragg-Gittern (FBGs) passieren sie nicht nur reibungslos, sondern werden auch praktisch ohne negative Auswirkungen durchgeführt.
Nachfolgend finden Sie eine detaillierte Analyse aus physikalischer und ingenieurtechnischer Sicht:
1. Physikalische Essenz des Fusion Splicing („elektrisches Schweißen“)
Fusion Splicing ist ein Prozess, bei dem durch eine Hochspannungs-Mikrobogenentladung, die von einer Spleißmaschine erzeugt wird, die Endflächen zweier Siliziumdioxid (Quarzglas)-Glasfasern augenblicklich geschmolzen und dann mit hochpräziser Ausrichtung im Mikrometerbereich zu einer einzigen durchgehenden Glasfaser verschmolzen werden.
Da der Kerndurchmesser von Monomermodusfasern (der Hauptkanal für die Übertragung von Lichtsignalen) typischerweise nur etwa 9\ \mu\text{m} beträgt, richtet die Spleißmaschine die Kerne mithilfe von hochauflösenden Bildgebungsgeräten im dreidimensionalen Raum aus, um eine perfekte Verbindung des Lichtkanals zu gewährleisten und so Streuung und Verlust von Lichtenergie zu vermeiden.
2. Warum können Gitter-Signale nach dem Spleißen immer noch passieren?
- Extrem geringe Einfügedämpfung: Unter Standardbedingungen liegt die zusätzliche Dämpfung, die durch einen hochwertigen Glasfaser-Spleißstelle verursacht wird, normalerweise unter 0,02\ \text{dB}. Selbst unter durchschnittlichen Feldverhältnissen kann die Dämpfung innerhalb von 0,1\ \text{dB} gehalten werden. Dies bedeutet, dass mehr als 98\ % der Lichtenergie den Spleißpunkt ohne Verluste passieren können.
- Wellenlängenkodierungseigenschaft: Faserbragg-Gitter (FBG)-Sensoren (wie Bragg-Faserbragg-Gitter) übertragen Messsignale durch ihre reflektierte Mittelwellenlänge (die Bragg-Wellenlängenformel lautet: \lambda_B = 2 n_{\text{eff}} \Lambda), anstatt sich auf die absolute Lichtintensität zu verlassen. Selbst wenn am Spleißpunkt eine extrem schwache Dämpfung auftritt, werden die gemessenen Temperatur- oder Deformationsdaten nicht beeinträchtigt, solange der Gitter-Demodulator den Spitzenwert des reflektierten Spektrums erkennen kann. Daher hat das Spleißen praktisch keinen Einfluss auf die Messgenauigkeit des Gitter-Sensorsystems.
3. Technische Anwendung: Kaskadierung mehrerer Gitter
Gerade weil die Dämpfung beim Fusion Splicing extrem gering ist und die Wellenlänge des Spektrums nicht verändert wird, können in technischen Anwendungen oft mehrere FBG-Sensoren mit unterschiedlichen Mittenwellenlängen durch Spleißen auf derselben Glasfaser in Reihe geschaltet werden.
Zum Beispiel können OFSCN® Polyimide Fiber Bragg Gratings / FBG Strings (Bare) durch Spleißen oder durch direktes Aufschreiben mehrerer Messpunkte (Gitter-Strings) auf einer durchgehenden Glasfaser verwendet werden, um eine quasi-verteilte kontinuierliche Mehrpunktmessung auf einem einzelnen Kanal zu ermöglichen.
4. Konstruktionshinweise nach dem Spleißen
Obwohl die Signale problemlos passieren können, sind nach dem Spleißen von Gitter-Sensoren folgende zwei Punkte zu beachten:
- Schutz der mechanischen Festigkeit: Zum Spleißen muss die ursprüngliche Beschichtung der Glasfaser entfernt werden. Das freiliegende Glas an der Spleißstelle (nur 125\ \mu\text{m} Durchmesser) ist der Luft direkt ausgesetzt, seine mechanische Festigkeit nimmt drastisch ab und es bricht leicht. Daher muss nach dem Spleißen ein Schrumpfschutzschlauch (Spleißschutzhülse) verwendet oder eine Beschichtungserneuerung (Recoating) durchgeführt werden, um einen physischen Schutz zu gewährleisten.
- Temperaturbereichsbeschränkung: In Hochtemperatur-Sensormessumgebungen (z. B. bei Temperaturen von 300^\circ\text{C}) schmelzen gewöhnliche Polyacrylat-Schutzhülsen. Wenn Hochtemperatur-fähige Gitter verwendet werden, muss die Spleißstelle mit einer Hochtemperatur-Schutzhülse, einer Edelstahlkapillare oder einem speziellen Hochtemperatur-Beschichtungsverfahren geschützt werden, da die Spleißstelle bei hohen Temperaturen durch Oxidation oder Rissausbreitung leicht brechen kann.