Die Entwicklung von Faserlasern im mittleren Infrarotbereich hat das Interesse der Forschenden geweckt, da sie in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden können, z. B. bei der biologischen und chemischen Charakterisierung von Molekülen, der Umweltsensorik, der Mikrobearbeitung, der Laserchirurgie und bei LIDARs. Um die Vorteile von Vollfaserkonfigurationen nutzen zu können, müssen für den mittleren IR-Wellenlängenbereich faserverstärkte Komponenten, wie Laserresonatorspiegel, Filter, Ausgangskoppler und Polarisatoren, verfügbar sein. Daher haben photoinduzierte Faserbauelemente mit der Entwicklung von Ganzfaserlasersystemen zusammengearbeitet.

Während die Technologie der Einschreibung von Bragg-Gittern (FBG) in optische Weichglasfasern derzeit hauptsächlich auf Punkt-für-Punkt-Femtosekundenlaser-Methoden beruht, haben Forschende neue Möglichkeiten der direkten Einschreibung von Bragg-Gittern erster Ordnung in In F3-Fasern unter Verwendung von UV- und VIS-fs-Lasern und Phasenmasken-Interferometern erforscht. Die vorgeschlagene Beschriftungsmethode ermöglichte die Herstellung von FBGs mit hohem Reflexionsvermögen, Unterdrückung von Nebenkeulen, sehr geringen Verlusten über ein breites Spektralband (das die für das Pumpen und die Emission des Lasers relevanten Spektralbereiche abdeckt) und hoher thermischer Empfindlichkeit. Die Arbeit eröffnet daher nicht nur neue Perspektiven für die Entwicklung von Mid-IR-Faserlasern, sondern könnte sich auch auf zahlreiche Anwendungen der Faserabtastung auswirken.

Insbesondere FBGs in Fluoridfasern haben ein hohes Potenzial zur Verbesserung von Dehnungs- und Temperatursensoren. Herkömmliche FBG-Sensoren, die auf Siliziumdioxidfasern basieren, werden im kryogenen Temperaturbereich wesentlich ungenauer. Die Temperaturempfindlichkeit eines Standard-FBG ist nichtlinear und bekanntermaßen beim Siedepunkt von flüssigem Stickstoff, -196°C (77 K), fünfmal schwächer. Die Techniken zur deutlichen Verbesserung der Temperaturempfindlichkeit im Tieftemperaturbereich gehen mit einer Vergrößerung des Platzbedarfs und der Komplexität des Designs sowie einer Verlangsamung des thermischen Ansprechens des Sensors einher. FBGs in Fluoridfasern haben aufgrund der geringeren Phononenenergie eine Verschiebung der Bragg-Wellenlänge bis auf 3 K (Siedepunkt von flüssigem Helium) gezeigt. Darüber hinaus wurde die thermische Reaktion von FBGs in Fluoridfasern während der Erwärmung der Fasern auf ~373 K geprüft und zeigte Empfindlichkeit von ~20 pm/K, die doppelt so hoch ist wie die von FBGs in Siliziumdioxidfasern. Daher wird erwartet, dass FBGs in Fluoridfasern den derzeitigen Stand der Technik bei thermischen Sensoren übertreffen werden.

Projektpartner:
Otto Schott Institute of Materials Research, Friedrich Schiller University, Jena

Im Bild oben:
Prinzip des FBG-interferometrischen Einschreibeaufbaus