Mit anwendungsspezifischen Faser-Bragg-Gittern (FBGs) können Faserlaser für Beschriftungsaufgaben und Sensoren zur simultanen Messung von Dehnung und Temperatur in industriellen Anwendungen optimiert werden.
Laser auf der Basis von Glasfasern, sogenannte Faserlaser, finden aufgrund herausragender Eigenschaften zunehmend Verbreitung in der Materialbearbeitung und Medizintechnik. Eine Schlüsselkomponente für diese Faserlaser sind Faser-Bragg-Gitter (FBGs), nanostrukturierte Lichtwellenleiter, die nur Licht einer bestimmten Wellenlänge reflektieren. Derartige FBGs können aber auch als Sensoren z. B. für Dehnung und Temperatur eingesetzt werden, da die reflektierte Wellenlänge von diesen physikalischen Größen abhängt.
rechts: Kennlinie eines Fewmode-FBG als Temperatursensor (Quelle: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Optische Hochfrequenztechnik und Photonik)
In Faserlasern mit hoher Leistung und großen Pulsenergien werden Glasfasern mit einer großen Modenfläche eingesetzt (Large Mode Area, LMA). Im Forschungsprojekt wurde der Einfluss einer herstellungsbedingten transversalen Inhomogenität der FBGs in LMA-Fasern auf die Eigenschaften von Faserlasern untersucht. Die Ergebnisse helfen, die Leistung und Strahlqualität solcher Laser zu steigern und neue Anwendungen zu erschließen.
Für Sensoranwendungen wurden innovative FBGs in schwach multimodigen Fasern entwickelt. In Verbindung mit optimierten Auswertealgorithmen kann damit die Genauigkeit der Temperatur- oder Dehnungsmessung im Vergleich zu herkömmlichen FBG-Sensoren verbessert werden. Durch Kombination von Fewmode-FBGs mit einem Modeninterferenzsensor ist eine simultane Messung von Temperatur und Dehnung am gleichen Ort möglich, sodass erhebliche Vorteile in der Anwendung entstehen. Spezifische FBG-Sensoren wurden erfolgreich in industriellen Großprojekten getestet, zum Beispiel im Kraftwerksbereich an einem Prototyp eines neuen luftgekühlten Turbogenerators zur Überwachung der Belastung und zur Optimierung des Wirkungsgrades.
