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Optische Grundlagen zur Sensorik

Wellenleitung

Das Prinzip der Wellenleitung beruht auf der Totalreflexion des Lichts im Grenzbereich des Lichtleiters. Ein Bereich mit größerem Brechungsindex n1 wird umgeben von einem Bereich mit niedrigeren Indizes n2.

Solange die Totalreflexionsbedingung für θ 1 erfüllt ist, wird das Licht im Leiter ohne größere Verluste geführt. Als Bedingung für den Einkopplungswinkel θ 0 in den Wellenleiter ergibt sich:

θ 0 arcsin n1 2 n2 2
Abb.1

Meist beträgt der Brechzahlunterschied zwischen n1 und n2 nur wenige Prozent.

Beispiel

Substrat Pyrexglas mit n = 1,474 bei 588nm; lichtleitender Bereich durch Austausch der Na-Ionen im Pyrexglas durch K-Ionen mit lokaler Zunahme des Brechungsindexes um 0,0078.

Um Reflexionsverluste beim Einkoppeln zu minimieren, ist ein senkrechter Eintritt des Strahls in den Wellenleiter wünschenswert. Zur Einkopplung in Fasern werden Linsen verwendet. Bei Einkopplung in rechteckige Leiter wird die Eintrittskante oft angeschrägt oder ein Prisma zur Kopplung aufgesetzt. Außerdem ist die Einkopplung mit Hilfe eines aufgeprägten Gitters möglich.

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