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4. Faserbündel
Um engere Biegeradien zu ermöglichen, verwendet man gewöhnlich
Faserbündel aus Fasern mit kleinem Einzelfaser-Durchmesser. Weiterhin
kann man Fassungen mit unterschiedlichen Querschnittsflächen
oder mehrarmige Lichtwellenleiter konzipieren. In der Sensortechnik
finden sich Faserbündel, die über einen Teil des Bündels Licht einstrahlen
und über den zweiten Teil detektieren.
4.1. Füllfaktor
Da Einzelfasern den Raum an den Fassungsenden nicht komplett
ausfüllen können, ergeben sich Verluste, bezogen auf die gesamte
Querschnittsfläche der Fassung, da nicht die gesamte Querschnittsfläche
optisch aktiv ist. Der Füllfaktor beschreibt das Verhältnis der
optisch aktiven Querschnittsfläche zur gesamten Querschnittsfläche
des Bündels.
ηFF = N x π x ( dKern / 2 ) 2 / π x ( dBündel / 2 ) 2
N gibt die Anzahl der Einzelfasern, dKern den Durchmesser eines Kerns
und dBündel den Gesamtdurchmesser des Bündels wieder. Besteht
beispielsweise ein Bündel aus 30 Fasern mit einem Einzeldurchmesser
je Faser von 80 µm, so errechnet sich der optisch aktive Querschnitt
nach der Beziehung:
A = 30 x π x ( 80/2 ) 2 = 150796,45 µm 2
Nehmen wir an, der Bündeldurchmesser beträgt 0,5 mm, so ergibt
sich für die Gesamtfläche 196349,54 µm2 . Damit ergibt sich ein
Füllfaktor von 0,77. Die geometrischen Verluste bezogen auf den
Füllfaktor betragen also etwa 23 %.
Diesen Verlust vermeidet man bei Glas- und Kunststofffasern, indem
die Enden des Faserbündels heißverschmolzen werden. Dadurch
beträgt die optisch aktive Querschnittsfläche der Faserenden nahezu
100 %.
4.2. Taper und Kegel
Ein Kegel ist ein Lichtleitstab oder ein Faserstab mit unterschiedlich
großen Querschnittsflächen an beiden Enden. Ähnlich dem Querschnittswandler
verändert das die Apertur eines Lichtstrahls. Mit
einem Kegel lässt sich Licht aus einem größeren Lichtleiter in einen
kleineren einkoppeln (Endoskope).
Faserkegel können auch als vergrößernde oder verkleinernde Bildleiter
eingesetzt werden.
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FiberConnect ®
FiberTech ® FiberSplit ®
FiberSwitch ®
Ein Taper ist ein Lichtwellenleiter mit einer Verjüngung in Form eines
Kegels.
Bei der Spezifikation der Biegeradien der Kabel gibt man zwei
Grenzbiegeradien an: kurzzeitig und langzeitig. Der kurzzeitige Wert
ist höher und für die Installation des Kabels gedacht. Obwohl man
eigentlich aus oben genannten Überlegungen weiß, dass die Faser
kurzzeitig enger gebogen werden darf, spezifizieren wir diesen höher
als den für dauernde Belastung. Dabei gehen wir von der Überlegung
aus, dass während der Installation neben den Kräften die durch die
Biegung verursacht werden auch Kräfte durch Torsion und Zugbelastung
auf die Faser wirken können und damit die Gesamtbelastung
deutlich erhöhen können.
4.3. Mehrarmige Lichtwellenleiter und Verzweiger
Basierend auf der Faserbündel-Technologie kann ein gemeinsames
Faserbündel in zwei oder mehrere Faserbündel aufgeteilt werden. Damit
kann man einen Lichtstrom in Teillichtströme aufteilen. Die Größe
der Teilströme wird über die jeweilige Zahl der Einzelfasern bestimmt.
4.4. Querschnittswandler
In manchen Anwendungsfällen ist es notwendig, einen kreisrunden
Lichtstrahl in einen spaltförmigen Lichtstrahl umzuwandeln (Spektrometrie).
Auch dies kann mit Hilfe der Bündeltechnologie elegant
gelöst werden, in dem das eine Ende des Bündels eine kreisrunde Fassung
erhält, während das andere Ende in eine spaltförmige Fassung
eingeklebt wird.
4.5. Bildleiter
Werden die Fasern geordnet gefasst und erhalten sie eine definierte,
gleiche Zuordnung über den Querschnitt an beiden Fassungsenden,
dann kann man mit diesen Lichtwellenleitern Bilder übertragen. Die
Anzahl und der Durchmesser der Einzelfasern bestimmt dabei die
Auflösung des Bildes. In der Praxis produziert man solche Bildleiter
durch das gemeinsame Ausziehen von Faserbündeln. Auf diese Weise
wird der geometrische Ort jeder Einzelfaser fixiert.
4.6. Kundenspezifische Lichtwellenleiter
Die Vielfältigkeit der Lichtleitertechnologie erlaubt die maßgeschneiderte
Fertigung von Lichtleitern nach Kundenwunsch. Hierzu
benötigt wird eine kurze technische Beschreibung oder eine Skizze.
Die konstruktive Auslegung und die Fertigung erfolgt in enger
Abstimmung mit dem Kunden.
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Grundlagen