miniLicht

Zeitraum: November 2019 - Oktober 2021

Faseroptische Lichtquellen auf der Basis von Polymerwellenleitern für sensorische Anwendungen

Projektträger und beteiligte Partner: 

BMBF, Fördermaßnahme „Wissenschaftliche Vorprojekte“ in Photonik und Quantentechnologien

 

 

Optische Glasfasersensoren zur Temperatur- und Dehnungsmessung – sogenannte Faser-Bragg Gitter (FBG) Sensoren – finden sich heutzutage in vielen Anwendungen bei denen eine hohe Genauigkeit, eine Unempfindlichkeit gegenüber elektromagnetischen Feldern oder eine besonders kleine Bauform der Sensoren gefordert wird. Ihr Funktionsprinzip beruht auf der Reflexion eines schmalen Ausschnitts des Lichtspektrums, mit dem sie angestrahlt werden, wobei die spektrale Lage dieses Ausschnitts abhängig vom aktuellen Zustand der Messstelle, z.B. hinsichtlich Temperatur oder Längenänderung, ist. Dementsprechend wird für die Auswertung keine elektrische Verstärkerschaltung benötigt, sondern ein sogenannter „Interrogator“ der sowohl die benötigte Lichtquelle bereitstellt, als auch ein Element, um das reflektierte Licht spektral auszuwerten. Als Lichtquelle werden zum jetzigen Zeitpunkt meist superlumineszente LED (SLED) verwendet, die das notwendige, breite Lichtspektrum mit einer für die faseroptischen Anwendungen ausreichenden Intensität zur Verfügung stellen. Die in die Sensorfaser gekoppelte Lichtleistung reicht typischerweise aus, um eine große Anzahl von FBG-Sensorstellen, die seriell in eine einzelne Faser eingebracht wurden, auszuwerten. SLEDs sind jedoch kostenintensiv und empfindlich gegenüber Temperaturschwankungen oder elektrischen Störeinflüssen. Dementsprechend sind Faser-Bragg Sensoren als Alternative zu elektrischen Sensoren in Einpunkt-Messanwendungen abseits von Sonderlösungen derzeit kaum am Markt vertreten. Zukunftsmärkte wie z.B. Überwachungstechnologien zur Schnellladung von Autobatterien im Bereich Elektromobilität bleiben optischen Glasfasersensoren aufgrund der hohen Einzelkosten somit verschlossen.

Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung einer kostengünstigen Lichtquelle auf der Basis fluoreszierender Nanopartikel, die in eine Polymermatrix eingebettet sind. Mit diesem neuartigen Material sollen Wellenleiterstrukturen hergestellt werden, die mittels Anregung einer Hochleistungs-UV-LED fluoreszieren und effizient entlang der Wellenleiter abstrahlen. Das in Wellenleiterrichtung geführte Licht kann dann genutzt werden, um einen einzelnen FBG-Sensor auszulesen.