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Was sind Cladding Mode Losses & wie wirken sie sich auf eine Messung aus?

Faser-Bragg-Gitter (FBGs) koppeln eine relativ geringe Menge an sich ausbreitendem Licht aus dem Kern der optischen Faser in den Mantel ein. Dieses Verhalten wird als Mantelmodenkopplung bezeichnet. Das in den Mantel eingekoppelte Licht geht bei der Bewegung der Ausbreitungsenergie entlang der Faser zunehmend im Mantel verloren. In der Praxis begrenzt die Höhe der Mantelmodenverluste die maximale Anzahl und spektrale Nähe der FBGs auf derselben Faser.

Der Effekt der Hüllmodenverluste zeigt sich im transmittierten Spektrum eines FBGs, wo eine Welligkeit oder ein Einbruch auf der kürzeren Wellenlängenseite des Bragg-Peaks auftritt [1], wie in den folgenden Beispielen gezeigt wird.

Die Höhe dieser Verluste hängt von der Art der Beschriftung des zu berücksichtigenden FBG ab. Bei Zieh-Turm-Gittern(DTG®s) ist der Effekt relativ gering. Bei Femto-Sekunden-Gittern (FSG®s) kann der Effekt je nach Beschriftungsart relativ größer werden. Ein Beispiel: Ein FSG-Array mit 5 Bragg-Wellenlängen (Peaks), das mit einer Punkt-zu-Punkt (PbP)-Technik beschriftet ist, zeigt ein typisches Reflexions- und Transmissionsspektrum, wie in der Abbildung unten dargestellt.

Das transmittierte Spektrum zeigt eine stufenweise Steigung von etwa 2,7dB, die progressive inkrementelle Hüllmodenverluste reflektiert, die vor allem die Bragg-Gitter mit den kürzeren Wellenlängen betreffen.

Das Vorhandensein von Hüllmodenverlusten kann zu einem FBG-Cross-Talk führen, wie im Bild unten dargestellt. Für diesen Test wurde das Array aus der obigen Abbildung (Kette von 5 Faser-Bragg-Gittern, beschriftet mit FSG-PbP-Technologie) von der längeren Wellenlängenseite an den Interrogator angeschlossen, während das dritte Gitter gespannt wurde (Bragg-Wellenlängenverschiebung bis zu 3200 pm). Jeder Graph wurde zur Darstellung der relativen Leistung und zur Verdeutlichung mit einem festen Offset in der y-Achse versehen.

Die Signale der langwelligeren Gitter (peak4 und peak5) weisen eine bessere Stabilität auf, während die kurzwelligeren Faser-Bragg-Gitter (peak1 und peak2) eine höhere Instabilität als Übersprechen aufweisen. Dieser Effekt ist auf die Mantelmodenverluste des dritten Gitters (peak3) zurückzuführen, die die Spektren des ersten und zweiten FBGs beeinflussen und das Spektrum des vierten und fünften Gitters unbeeinflusst lassen.

Es ist klar, dass Verluste im Mantelmodus die Multiplexing-Möglichkeiten der Faser-Bragg-Gittertechnologie verschlechtern können. Ein Teil dieser Übersprecheffekte kann jedoch durch die Abfrage der Sensoren von der kürzeren Wellenlängenseite her abgeschwächt werden.

Für weitere Details kontaktieren Sie uns bitte unter info@fbgs.com

[1] T. Erdogan, “Fiber Grating Spectra”, Journal of Lightwave Technology, vol. 15, no. 8, pp. 1277-1294, 1997.

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