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Tutorial MenueSensorikLerneinheit 3 von 7

Optische Grundlagen zur Sensorik

Wellenleiter-Typen

Lichtleiter bestehen aus einem Kern und einem diesen Kern umschließenden Mantel mit niedrigerem Brechungsindex. Zur reinen Lichtleitung werden üblicherweise Fasern mit rundem oder elliptischem Querschnitt verwendet. Für die integrierte Optik sind besonders rechteckige, weniger flexible Wellenleiter geeignet. Die Form der Einbettung wird nach Stabilitäts- und Oberflächenanforderungen gewählt.

Typen von Wellenleitern

Neben der Form unterscheidet man Wellenleiter noch in Durchmesser und Brechungsindex-Sprung. Mit Durchmesser und Index-Profil können die Zahl bzw. die Form der im Wellenleiter möglichen Moden und die Form des evaneszenten Feldes gesteuert werden.

  • Stufenindex-Wellenleiter: Multimode-Wellenleiter mit Stufenprofil des Brechungsindexes. Durch den großen Querschnitt sind sie verhältnismäßig robust und der Strahl ist leicht einzukoppeln.
  • Gradienten-Wellenleiter: Multimode-Fasern mit kontinuierlich verändertem Brechungsindex. Durch das Index-Profil werden die unterschiedlichen Laufzeiten der verschiedenen Moden etwas ausgeglichen. Sie werden eingesetzt in der Nachrichtentechnik, um intermodale Dispersion und damit Pulsverformung zu vermeiden. In der Sensorik ist die Veränderung des evaneszenten Feldes bei Mehrfachstufen im Brechungsindex-Profil besonders interessant.
  • Monomode-Wellenleiter: Sehr dünne Fasern mit Stufenprofil des Brechungsindexes. Sie werden zur Signalübertragung über längere Distanzen verwendet. Das evaneszente Feld des Leiters klingt sehr schnell ab.

Lichtleiter werden sowohl aus Glas als auch aus Quarz erzeugt. Besonders preisgünstig sind Polymerfasern, die allerdings die Lichtintensität stärker abschwächen. Bei der Wahl des Leitermaterials ist außerdem die Wellenlänge der Strahlung zu berücksichtigen. Da Glas im UV absorbiert, werden hier Wellenleiter aus Quarz verwendet. Im Infraroten sind sowohl Glas als auch Quarz undurchsichtig, weshalb für diesen Spektralbereich Fasern aus Zirkoniumfluorid entwickelt wurden.

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