Stellt das geringere Reflexionsvermögen von DTG®s im Vergleich zu Standard-FBGs ein Problem dar?

Draw-Tower-Gratings haben eine Reflexion, die standardmäßig größer als 15% angegeben ist (der typische Reflexionsgrad liegt zwischen 20% und 25%). Dies ist etwa 6 dB niedriger als bei tabellengeschriebenen FBGs, die ein Reflexionsvermögen von >90% aufweisen. Die häufig gestellte Frage ist: „Verursacht das geringere Reflexionsvermögen von DTG® s Probleme im Messaufbau?“ In der Praxis sind für fast alle handelsüblichen FBG-Messgeräte weder für statische noch für Hochgeschwindigkeitsmessgeräte Probleme zu erwarten:

STATISCHE MESSVORRICHTUNG

Statische Messgeräte haben im Allgemeinen einen großen Dynamikbereich (>30dB). Die folgende Abbildung zeigt ein FBG-Kettenspektrum, gemessen mit einem hochreflektierenden (>90%), schwachreflektierenden (25%) und sehr schwachreflektierenden (4%) FBG. Wie zu beobachten ist, kann aufgrund des Dynamikbereichs des Gerätes auch das 4%ige Reflexionsgitter noch mit einem Signal-Rausch-Verhältnis von fast 13 dB gemessen werden, was deutlich über der sicheren Nachweisgrenze von 10 dB liegt.

DYNAMISCHES MESSGERÄT

Dynamische Messgeräte haben im Allgemeinen einen niedrigeren Dynamikbereich (< 25 dB). Diese Systeme können jedoch typischerweise angepasst werden, um entweder die Laserlichtleistung (bei abstimmbaren laserbasierten Systemen) oder die Integrationszeit (bei photodiodenbasierten Spektrometern) zu ändern. Beide Parameter sind für die meisten Messgeräte abstimmbar, um das Signal-Rausch-Verhältnis der gemessenen Konfiguration zu optimieren.

Das geringere Reflexionsvermögen von DTG® s kann daher durch Erhöhung eines dieser Parameter leicht kompensiert werden. Die nächste Abbildung zeigt ein Spektrum aus einem Standard-DTG® (Reflektivität ca. 15%), einem hochreflektierenden FBG (>90% Reflektivität) und einem niedrigreflektierenden FBG (Reflektivität ca. 3%), alle gemessen mit einem Micron Optics SM130 Gerät.

Das SM130 ist ein dynamisches System, das auf einem abstimmbaren Laser basiert. Die Lichtleistung des Lasers wurde für jeden Gittertyp durch die Verstärkungsanpassung in der Software optimiert. Je höher die Verstärkungseinstellung, desto höher ist die optische Leistung, die der Faser zum Erfassen der FBG-Wellenlänge zugeführt wird.

Wie zu beobachten ist, musste bei hochreflektierenden FBGs die Verstärkung auf 1 dB eingestellt werden, um einen optimalen Signal-Rausch-Verhältnis zu erreichen. Ein höherer Verstärkungswert würde das Detektionssystem der Messvorrichtung sättigen.

Für die DTG® betrug die optimale Verstärkung 11,5 dB. Auch hier würde die Verwendung eines höheren Verstärkungswertes die Detektoren sättigen und die Messwerte unbrauchbar machen. Da die maximale Verstärkung dieses Geräts 20 dB beträgt, ist klar, dass es noch Spielraum für zusätzliche Verluste gibt, die durch das Netzwerk verursacht werden (z.B. schlechte Stecker, größere Faserlängen, optische Splitter….).

Es ist auch zu erkennen, dass selbst das schwach reflektierende FBG bei einer Verstärkung von 18,5 dB leicht gemessen werden kann.

TDM-SYSTEME

Abschließend sei darauf hingewiesen, dass Time Domain Multiplexed (TDM)-Messgeräte ein noch geringeres Reflexionsvermögen aufweisen als die mit Standard-DTG®s. TDM-Systeme haben den Vorteil, dass sie mehrere FBGs mit gleicher Wellenlänge (> 100 FBGs auf einer einzigen Faser) abfragen können.

Um jedoch eine „Abschattung“ der FBGs am Ende der Faserlinie mit denen am Anfang zu vermeiden, muss das Reflexionsvermögen der FBG typischerweise zwischen 1 und 5% liegen. Auch hier lassen sich hervorragende Ergebnisse in Bezug auf die Messstabilität erzielen.

SCHLUSSFOLGERUNG

Abschließend lässt sich sagen, dass für eine gute Erkennung eines FBG nicht das absolute Reflexionsvermögen des FBG wichtig ist, sondern vielmehr das Signal-Rausch-Verhältnis, mit dem das FBG gemessen wird. Für die überwiegende Mehrheit der kommerziell erhältlichen Messgeräte ist das Signalrauschabstand mehr als ausreichend, um auch schwach reflektierende Gitter unter 4% Reflexionsgrad zu erfassen.

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