Draw Tower Gratings (DTG®)
Draw Tower Gratings (DTG®) werden nach einem Verfahren hergestellt, bei dem das Ziehen der optischen Faser mit dem Schreiben des Gitters kombiniert wird.
Die folgende Abbildung zeigt den Aufbau dieses Produktionsprozesses. Die Eingabe des Prozesses ist eine Glasvorform. Nach dem Erhitzen des Vorformlings wird das Ziehen und Formen der Faser eingeleitet.
WHY USING DTG® OR FSG®?
DTG®s and FSG®s offer unique characteristics compared to classically produced FBGs, such as extremely high breaking-strength, spliceless array configuration and uniform coating coverage.
FBG parameters and coating material can be selected based on customer needs.
Im weiteren Herstellungsprozess kreuzt die Faser die optische Achse eines Lasers und des Interferometers, die ein periodisches UV-Licht-Interferenzmuster erzeugen, um das Gitter zu schreiben. Mit einem Impulsselektor und unter Berücksichtigung der Ziehgeschwindigkeit können FBGs genau in der Faser positioniert werden. Wenn das Gitter geschrieben wurde, wird die Faser beschichtet, indem sie in ein Beschichtungsreservoir eintritt, gefolgt von einem Aushärtungsschritt der Beschichtung.
FSchließlich wird die Stelle des FBG automatisch markiert und die Faser auf eine Trommel aufgewickelt. Dieser Prozess des gleichzeitigen Ziehens der Faser, Beschreibens des Gitters und Beschichten der Faser direkt nach der Gitterbeschriftung führt zu hochfesten Gitterketten. Daher ist das häufig angewendete Abbeiz- und Wiederbeschichtungsverfahren für Standard-FBGs nicht erforderlich, und die makellose Faserfestigkeit bleibt während des DTG®-Herstellungsprozesses erhalten.
FemtoSecond Gratings (FSG®)
Die FemtoSecond Grating (FSG®) -Technologie von FBGS ergänzt die bestehende DTG®-Technologie um neue Fertigungsmöglichkeiten, da besondere Anforderungen an Fiber Bragg Gratings (FBGs) gestellt werden.
Die Herstellungsprozesse beider Techniken erhalten die makellose, hohe mechanische Festigkeit der optischen Faser. Darüber hinaus können FSG®-Geräte Sensorkonfigurationen und -funktionen bereitstellen, die für spezielle Anwendungen erforderlich sind.
FSG® nutzt das Durchbeschichtungsverfahren der FBG, bei dem ultraschnelle Laserpulse verwendet werden, die über eine spezielle Optik auf den Faserkern abgegeben werden, ohne die Faserbeschichtung zu beschädigen. Siehe unten den Schaltplan für die FSG®-Beschriftung.
Die fokussierten Hochleistungslaserpulse verändern den Brechungsindex des Glasmaterials im Kern der optischen Faser aufgrund nichtlinearer Absorptionsprozesse. Diese Effekte sind nahezu unabhängig vom Dotierungsgrad der optischen Faser oder der Art des Glases, wodurch dieses Verfahren in einzigartiger Weise einen Vorteil hinsichtlich seiner Fähigkeit bietet, jede Art von optischer Faser zu modifizieren.
Die Laserpulse werden über eine spezielle Optik zu einem einzigartigen Interferenzmuster geführt, das geometrisch mit der Längsachse einer stationären Standard-Lichtleitfaser abgestimmt ist. Das auftreffende Muster erzeugt den gewünschten modulierten Brechungsindex auf eine ausgewählte lokale Länge entlang des Kerns der Glasfaser.
Diese Beschriftung definiert die erforderliche reflektierte Bragg-Wellenlänge. Darüber hinaus kann eine Reihe von gewünschten FBGs beschriftet werden, indem die Glasfaser entlang ihrer Längsachse verschoben wird.
Vorteile der FSG® Technologie
-
- Die FSG®-Beschriftung bietet zusätzliche Vorteile gegenüber dem Spektrum der DTG®-Sensoren.
- Zum einen kann eine handelsübliche optische Telekommunikationsfaser wie eine SMF-28 (oder ein ähnlicher Typ) oder eine reine Siliciumdioxidkernfaser mit verschiedenen Beschichtungen (Polyimid, Acrylat usw.) zum Beschriften der Gitter verwendet werden.
- Systemdesigner können die Vorteile neuer Funktionen nutzen, wie z.B. ein erhöhtes Reflexionsvermögen, das 90% übersteigen kann, eine schmale spektrale Bandbreite (FWHM) bis 200 pm und mehr Flexibilität bei der Konfiguration von FSG®-Ketten, bei denen der spektrale Abstand zwischen aufeinanderfolgenden FBGs weniger eingeschränkt ist.
- Darüber hinaus bietet das Verfahren die Möglichkeit, FSG®s mit einem breiten FWHM von mehr als 5 nm herzustellen und wahlweise niedrige oder hohe Reflexionswerte anzubieten.
- Darüber hinaus bieten FSG® eine höhere thermische Stabilität über ein breites Temperaturband und können für den Betrieb an der Temperaturgrenze der Lichtwellenleiter ausgelegt werden.
Vorteile von DTG® & FSG®
1 Extrem hohe mechanische Festigkeit
DTG® und FSG® weisen eine extrem hohe mechanische Festigkeit auf. Im Vergleich zum herkömmlichen Strip-and-Recoat-Beschriftungsverfahren weisen die Draw Tower Gratings (DTG®) und FemtoSecond Gratings (FSG®) von FBGS eine makellose hohe mechanische Festigkeit der optischen Faser auf. Ihre Zugfestigkeit übersteigt typischerweise 5 GPa, was einer Bruchdehnung von> 7% entspricht. Im Gegensatz dazu leiden das alternative Femtosekunden-Durchbeschichtungsverfahren, das als Punkt für Punkt (PbP) bezeichnet wird, und das klassische Strip-and-Recoat-Herstellungsverfahren unter der Herstellung von Sensoren mit einer geringeren Zugfestigkeit von weniger als 2,9% für den gleichen optischen Fasertyp. Die folgende Grafik zeigt die gemittelte, gemessene Bruchkraft von Lichtleitfasern (einzelnes FBG in jeder Faser) mit verschiedenen FBG Beschriftungstechnologien. Es ist offensichtlich, dass die DTG®- und FSG®-Produkte von FBGS eine überlegene mechanische Festigkeit bieten, ohne die Bruchkraft im Vergleich zu einer makellosen optischen Faser wesentlich zu verringern.
2 Spliceless Arrays
Die DTG®- und FSG®-Technologien bieten einzigartige Möglichkeiten zur Herstellung spleißfreier Gitterketten (Arrays) mit einer hohen Anzahl von Sensorelementen. Die folgende Abbildung zeigt das Spektrum eines Arrays von 80 DTG® mit unterschiedlichen Wellenlängen.
3 Direkte Fixierung
Auf die Lichtleitfaser können hochadhäsive Beschichtungen wie z. B. Organic Modified Ceramic (ORMOCER®1) oder Polyimide aufgebracht werden. Diese Beschichtungen zeigen hervorragende Haftungseigenschaften an der Oberfläche der Glasfaser, wodurch sowohl DTG®- als auch FSG®-Beschichtungen zur direkten Fixierung auf Strukturen ohne Entfernung der Beschichtung geeignet sind. Dies erleichtert nicht nur den Installationsprozess, sondern erhöht auch die Zuverlässigkeit.
4 Gleichmäßige Beschichtungsabdeckung
DTG® und FSG® können hergestellt werden, ohne dass ein Abbeiz- und Überarbeitungsprozess erforderlich ist. DTG®s und FSG®s haben daher die einzigartige Eigenschaft, dass die Beschichtung über die gesamte Länge der optischen Faser, einschließlich der Kennzeichnung der FBG, gleichmäßig ist.
5 Erweiterter Betriebstemperaturbereich
Die Betriebstemperatur wird hauptsächlich durch die höchste Temperatur begrenzt, der die Glasfaserbeschichtung standhalten kann. Die ORMOCER®1 Beschichtung ist für einen Betrieb zwischen -180 und + 200 ° C ausgelegt, während die Polyimid-Beschichtungen Temperaturen von bis zu 300 ° C standhalten.
6 Geringer Biegeverlust
DTG® und FSG® können beide in Glasfasertypen mit extrem geringen Biegeverlusten hergestellt werden, wodurch sie in Konfigurationen mit geringen Biegeradien ohne signifikante Dämpfungseffekte betrieben werden können.
7 Hohe Wiederholgenauigkeit
DTG® und FSG® werden in einem automatisierten Produktionsprozess hergestellt, der eine genauere Kontrolle der Produktionsparameter bietet und eine hohe Wiederholgenauigkeit und Qualität gewährleistet.
8 Relativ niedrige Kosten
Da es sich bei dem DTG®-Prozess um einen vollautomatisierten Produktionsprozess handelt, ist dieser Prozess sehr kostengünstig, wenn hochdichte FBG-Arrays benötigt werden. Für weniger dichte FBG-Arrays ist das FSG®-Verfahren kostengünstiger, da die Produktionszeit weniger stark von der Länge der optischen Faser abhängt.
1ORMOCER®: Marke der Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
Comparison of DTG® & FSG® Technology
| Customized FSG® | FSG®-A01 | DTG®-AXXX | |
| High strength | yes | yes | yes |
| Uniform coating coverage | yes | yes | yes |
| Ge doping level | any (incl. pure silica) | low | high |
| Fiber diameter | 80 μm 125 μm |
125 μm | 80 μm 125 μm |
| Number of gratings in an array | high | medium | unlimited |
| Coating type | any (transparent) | polyimide | Ormocer® Ormocer®-T acrylate |
| Standard wavelength range | any (on request) | 1510 – 1590 nm | 1460 – 1620 nm |
| Reflectivity | any (on request) | medium to high | low to medium |
| Bend insensitivity | any (on request) | medium | high |
| Fiber attenuation | any (on request) | low | medium |
| Temperature stability | high | high | medium |
| Most cost effective for | low density grating | low density grating | high density grating |
