Bragg-Gitter
Bragg-Gitter
Was ist ein Bragg-Gitter?
Ein Bragg-Gitter (englisch Fiber Bragg Grating, kurz FBG) ist eine mikroskopisch feine Struktur im Inneren einer Glasfaser. Es besteht aus regelmäßig angeordneten Brechungsindex-Änderungen im Faserkern. Diese Struktur wirkt wie ein winziger Spiegel, der nur eine bestimmte Wellenlänge des Lichts reflektiert, während alle anderen durchgelassen werden.[1]
Wie funktioniert ein Bragg-Gitter?
Wenn Licht durch die Faser läuft, treffen seine Wellen auf das regelmäßige Muster der Brechungsänderungen. Nur die Wellenlänge, die genau zur Abstandsanordnung der Gitterlinien passt, wird zurückreflektiert. Alle anderen Wellenlängen laufen weiter durch. Das nennt man das Bragg-Prinzip.
Die reflektierte Wellenlänge nennt man Bragg-Wellenlänge (λB) und sie hängt vom Abstand der Gitterlinien (Λ) und vom Brechungsindex (n) ab:
λB = 2 · n · Λ
Vereinfacht gesagt: Ändert sich der Abstand oder die Temperatur, ändert sich auch die reflektierte Wellenlänge.[2]
Wie wird ein Bragg-Gitter hergestellt?
Ein Bragg-Gitter wird meist mit einem UV-Laser in den Kern einer Glasfaser „eingeschrieben“. Dabei erzeugt der Laser ein Interferenzmuster, das winzige Änderungen im Brechungsindex hervorruft – im Abstand von wenigen hundert Nanometern. Das Ergebnis ist ein fest im Glas gespeichertes Reflexionsmuster.[3]
Das Gitter ist unsichtbar, fest im Glas verankert und extrem stabil gegenüber Vibration oder Alterung.
Wofür werden Bragg-Gitter verwendet?
- In Faserlasern: Bragg-Gitter dienen als eingebaute Spiegel im Laserresonator. Sie bestimmen die Laserwellenlänge und stabilisieren die Emission.
- In der Messtechnik: Als Sensoren für Temperatur, Dehnung und Druck. Wenn sich Faserlänge oder Brechungsindex ändern, verschiebt sich die reflektierte Wellenlänge messbar.
- In der Telekommunikation: Als optische Filter oder Wellenlängenselektoren in Glasfasernetzen.
- In der Forschung: Für Laser-Stabilisierung, Spektroskopie und präzise Wellenlängenmessung.
Bragg-Gitter sind also Mini-Spiegel und Spezialfilter zugleich – sie bringen Kontrolle in den Lichtfluss.[4]
Bragg-Gitter im Faserlaser
In einem Faserlaser bilden meist zwei Bragg-Gitter den sogenannten Laserresonator:
- Das erste Gitter (High Reflector) reflektiert fast das gesamte Licht zurück.
- Das zweite Gitter (Output Coupler) lässt einen Teil des Lichts heraus – das ist der eigentliche Laserstrahl.
Diese integrierten Spiegel machen Faserlaser so kompakt, robust und justierfrei – keine externen Spiegel nötig![5]
Bragg-Gitter als Sensor
Bragg-Gitter sind auch empfindliche Messfühler. Wenn sich die Faser dehnt oder erhitzt, ändert sich der Gitterabstand und damit die reflektierte Wellenlänge. Das erlaubt präzise Messungen von:
- Temperatur (±0,1 °C)
- Dehnung (z. B. in Brücken, Flugzeugen, Windrädern)
- Druck oder Belastung
Diese Sensoren sind unempfindlich gegenüber elektrischen Störungen und eignen sich daher perfekt für raue Industrieumgebungen.[6]
Vorteile von Bragg-Gittern
- Sehr klein: im Faserkern integriert, kaum sichtbar.
- Präzise: reflektiert genau eine Wellenlänge.
- Stabil: unempfindlich gegen Erschütterung oder Alterung.
- Vielseitig: nutzbar in Lasern, Sensoren und Netzwerken.
- Temperatur- und Dehnungsmessung ohne Strom: ideal für entfernte Messstellen.
Diese Eigenschaften machen Bragg-Gitter zu einem Grundbaustein moderner Photonik.[4]
Bragg-Gitter einfach zusammengefasst
Ein Bragg-Gitter ist wie ein winziger Spiegel im Inneren einer Glasfaser. Es reflektiert gezielt eine Wellenlänge und lässt alle anderen durch. Dadurch kann es Laser stabilisieren, Licht filtern oder Temperatur und Spannung messen. In Faserlasern ersetzt es ganze Spiegelanordnungen und macht die Technik kompakt, präzise und zuverlässig.[1]
