Licht breitet sich doch gerade aus? Warum trifft das Licht nicht auf die „Wand“ und tritt aus, wenn die Faser gebogen wird?
Licht breitet sich in einem homogenen Medium im Allgemeinen geradlinig aus, kann aber aufgrund eines physikalischen Phänomens namens Totalreflexion (TIR) den Krümmungen einer optischen Faser folgen.
Funktionsweise der Totalreflexion
Eine optische Faser besteht aus zwei Hauptteilen: einem Kern (das Zentrum, in dem sich das Licht ausbreitet) und einem Mantel (die äußere Schicht). Der Kern hat einen höheren Brechungsindex als der Mantel.
- Reflexion statt Austritt: Wenn Licht in einem flachen Winkel (dem sogenannten „Grenzwinkel“) auf die Grenzfläche zwischen Kern und Mantel trifft, dringt es nicht durch die „Wand“. Stattdessen wird es zu 100 % zurück in den Kern reflektiert.
- Kontinuierliches Abprallen: Wenn sich die Faser biegt, prallt das Licht weiterhin von den Innenwänden ab und bewegt sich im Zickzack durch die Faser, auch wenn sie aufgewickelt oder gekrümmt ist.
Wann Licht austritt: Biegeverlust
Obwohl die TIR sehr effizient ist, wird der Winkel, in dem das Licht auf die Wand trifft, zu steil, wenn eine Faser zu stark gebogen wird (ihr „minimaler Biegeradius“ überschritten wird). In diesem Fall versagt die TIR und Licht „sickert“ aus dem Kern aus, was zu Signalverlusten führt.
Verwandte Technologien bei OFSCN
In Sensoranwendungen verwenden wir spezielle Fasertypen, um diese Eigenschaften zu steuern:
- Standard G.652D Faser: Wird in Produkten wie OFSCN® Polyacrylat Faser-Bragg-Gitter (blank) verwendet, die Standardbiegeregeln folgen.
- Biegeunempfindliche Faser (G.657): Diese Fasern sind mit einer speziellen Struktur aufgebaut, um das Licht auch bei viel engeren Biegeradien eingeschlossen zu halten.
- Fasern mit kleinem Durchmesser: Für extrem enge Räume bieten wir OFSCN® Faser-Bragg-Gitter mit dünnem Durchmesser an, die Fasern mit kleineren Durchmessern verwenden, um die Flexibilität zu verbessern.
Wenn die Faser speziell gebogen wird, um ihre Form zu messen, verwenden wir OFSCN® Faser-Bragg-Gitter-Form-Sensoren, um den genauen Krümmungsgrad zu berechnen.