Fiber Bragg Gitter

En optisk fiber med Bragg-Gitter struktur
$\Lambda$ = Gitterperiode, n = brytningsindeks, P_I = Innkommende energi (lys), P_R = Reflektert energi, P_T = Gjennomgående energi, $\lambda$ = Energiens bølgelengde (lys)

Fiber Bragg Gitter (FBG) er en strukturendring i et lite område i en optisk fiber. FBG har til hensikt å reflektere all energi i det innkommende lyset for en bestemt bølgelengde og å tillate resten av lysenergien å fortsette videre gjennom fiberen. Et annet bruksområde for et FBG er som et filter som stopper lys med en bestemt bølgelengde.

Produksjon

Man lager et Bragg Gitter mønster ved å endre brytningsindeksen til kjernen i en optisk fiber. Når denne brytningsindeksen har konstant og jevn sinusstruktur, med en gitt bølgelengde vekslende mellom n₂ og n₃, vil en innkommende bølge med identisk bølgelengde «stoppe i sinuskurven» og bli reflektert. Når dette området strekker seg over mange bølgelengder, vil opptil 99% av det innkommende lyset bli reflektert tilbake til senderen. Den reflekterte bølgelengden $\lambda _{B}$ bestemmes av følgende formel

$\lambda _{B}=2\cdot n_{2}\cdot \Lambda$

En fiber kan inneholde flere Bragg Gitter mønstre plassert utover i fiberen. Hvis disse mønstrene har forskjellige bølgelengder, vil alle Bragg Gittrene reflektere tilbake hver sin bølgelengde. Men det kan ikke være uendelig mange av disse Bragg gittrene. Så hvis man ønsker en sensor langs hele fiberens lengde bruker man andre systemer, en fellesbetegnelse på disse er Distributed Temperature Sensing (DTS).

Interferens

Produksjon av interferens mønster i en optisk fiber.
1. Inkommende lys, 2, Splitter, 3. Speil, 4. Optisk fiber og 5. Interferensmønster

En måte å lage et Bragg Gitter mønster i en optisk fiber på er å bestråle en lysfølsom fiber med to like lysstråler fra to forskjellige vinkler, som vist på figuren. Lyset lager da et interferensmønster i brytningsindeksen til fiberkjernen.

Bruksområde

Måleinstrument

Som måleinstrument er man først og fremst interessert i den reflekterte bølgelengden. Når den optiske fiberen med Bragg Gitteret blir påført ytre påkjenninger, vil man oppnå en liten endring i fiberen og Bragg Gitteret, som igjen påvirker den reflekterte lysbølgen. Så ved å analysere den reflekterte bølgen kan man måle «størrelsen» på de ytre påkjenningene.

Som temperaturmåler er man interessert i å måle den påkjenningen temperaturen påfører fiberen. Den fysiske endringen i brytningsindeksen i en optisk fiber er lineært proporsjonal med temperaturen, og gjør at det blir en litt annen bølgelengde som blir reflektert i Bragg Gitteret. Derfor kan man ved å avlese den reflekterte bølgelengden, regne seg frem til hvilken temperatur som omgir fiberen.