Brechnungsindexmodifikation in perfluorierten Polymerfasern mit ultravioletter Laserstrahlung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Maßgeblich sollte im Forschungsvorhaben die Möglichkeit ein FBG mittels UV Strahlung in eine CYTOP Faser zu schreiben untersucht werden. Dabei galt es ein Einschreiben des FBG erzielen zu können und gleichzeitig durch Vor- und Nachbehandlung einen möglichst effizienten Prozess zu ermöglichen. Dabei konnte in erster Linie ein FBG im gewählten Material erzeugt werden. Es zeigte sich darüber hinaus, dass FBG in perfluorierten optischen Polymerfasern (POFBG) effizienter herzustellen sind. Die Photosensitivität lässt sich durch vor- und nachbehandelnde Prozessschritte steigern. So ist es gelungen effiziente Gitter mit einer maximalen Reflektivität von über 98 % in die Faser einzuschreiben. Am vielversprechendsten entpuppte sich die Vorbehandlung in Form einer Modifizierung des Kernmaterials durch Sauerstoff, wodurch sich eine homogenere Bildung des FBG in der Polymerfaser einstellte. Darauf lässt sich in künftigen Modifizierungen, sei es zur weiteren Dotierung durch die Hersteller von Polymerfasern oder einer Vorbehandlung der Standardfasern, aufbauen. Unterstützt wurde die FBG Bildung in Polymerfasern durch das anschließende Tempern der Proben. Dadurch lässt sich die beschleunigte Bildung der FBG initiieren. Dieser Prozess eignet sich auch weiterhin zur Untersuchung der Langlebigkeit bzw. temperaturabhängigen sensorischen Eigenschaften von POFBG. Als unerwartetes Hindernis entpuppte sich bei der Präparation der Faser die Wahl der Klinge. Da aufgrund einer ungeeigneten Klingenform keine optimale Stirnfläche zur Ein- und Auskopplung des Lichts für die Untersuchung der optischen Spektren erzeugt werden konnte, stellte sich die Frage welche Eigenschaften eine optimale Klinge besitzen muss, um die Faser optimal zu schneiden. Diese konnten schließlich mit der einseitigen und einfach geschliffenen Klinge beantwortet werden. Entgegen der Erwartungen zeigten sich negative Effekte bei der Erzeugung der POFBG mit einer kleineren Wellenlänge von 193 nm. Dadurch entstanden irreversible Schäden, wie Löcher, Risse oder Deformationen in der Polymerfaser. Zur Ermittlung der chemischen Modifikationen zeigten sowohl einige interferometrische als auch spektroskopische Messverfahren nicht die erhoffte Zuverlässigkeit, um mehr über die Brechzahlverteilung zu erfahren. So zeigten Untersuchungen mit dem Raman, XPS oder auch Lumineszenzmessungen nicht die notwendige Auflösung bzw. eine zu große Lumineszenz, um Aussagen über die Brechzahlverteilung treffen zu können. Einzig die Spektren des Fourier Transformations-Infrarotspektrometers zeigten eine eindeutige Modifikation, um Veränderungen im Kernmaterial beobachten zu können. Ausgehend von dieser Beobachtung ist es notwendig neue Analysemethoden finden, um die prozessabhängigen chemischen Modifikationen eindeutig bewerten und charakterisieren zu können. Zur abschließenden Feststellung der Kommerzialisierung von POFBG sind noch weitere Untersuchungen notwendig, die die Optimierung bezüglich der Reproduzierbarkeit, der mechanischen Stabilität, der Belastbarkeit, des Langzeitverhaltens und einer Untersuchung auf Empfindlichkeit gegenüber Temperatur und Dehnung erforderlich macht.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Fabrication and characterization of Bragg gratings in a graded-index perfluorinated polymer optical fiber; 2nd Conference on System-Integrated Intelligence: Challenges for Product and Production Engineering. Procedia Technology 15 (2014) 138-146
Koerdt, M; Kibben, S; Hesselbach, J; Brauner, C; Herrmann, A; Vollertsen, F; Kroll, L
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.protcy.2014.09.065) - Investigation on Bragg grating formation in a perfluorinated polymer optical fiber. Lasers In Manufacturing LiM 2015, München, 22 - 25 June (2015) contribution 183
Kibben, S; Koerdt, M; Vollertsen, F
