Künstliche Anpassung der Eigenschaften nichtlinear optischer Effekte für die Verbesserung verteilter Fasersensoren

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Schneider
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 276858257

Verteilte Sensoren können dazu benutzt werden, die Infrastruktur in smart cities und auf dem Land zu überwachen. Sie werden z. B. für die verteilte Messung der mechanischen Belastung und der Temperatur auf Autobahnen, Schienensystemen, Pipelines, Gebäuden, Brücken usw. eingesetzt. Die Temperaturüberwachung auf Autobahnen kann z.B. dazu dienen, Eis-Warnungen zu generieren und entlang Pipelines können Lecks sofort identifiziert werden. Durch die Dehnungsmessung in Brücken, Dämmen oder Gebäuden kann deren mechanische Struktur überwacht werden um Defekte sofort zu detektieren und damit Katastrophen zu verhindern. Für die verteilte Überwachung können die nichtlinear optischen Effekte der Raman oder Brillouin Streuung eingesetzt werden. Verteilte Brillouin Sensoren haben jedoch sehr viele Vorteile gegenüber Raman Sensoren. Brillouin Sensoren können räumliche Auflösungen im Zentimeter-Bereich bieten, was vergleichbar mit Punkt-Sensoren wie z.B. Faser-Bragg Gittern ist. Im Gegensatz zu Punkt-Sensoren bieten Brillouin Sensoren hingegen eine vollständig kontinuierliche Überwachung über sehr große Distanzen; äquivalent zu tausenden von Faser-Bragg Gittern. Gleichzeitig können Standard-Glasfasern ohne spezielle Präparation eingesetzt werden. Auf Grund der Möglichkeit die Sicherheit zu steigern und Gefahren effizient abzuwehren, die z.B. durch natürliche Katastrophen wie Erdrutsche, Erdbeben, Lawinen und Überschwemmungen in modernen Konstruktionen wie Tunneln, Eisenbahnlinien, Pipelines, Brücken, usw. auftreten können, werden von Brillouin Sensoren sehr große wirtschaftliche Auswirkungen erwartet [Luc11]. Daher gab es in den letzten Jahren eine sehr große Forschungsaktivität auf diesem Gebiet. Der Messmechanismus in Brillouin-Sensoren hängt jedoch von der Frequenz und Lebensdauer einer akustischen Welle ab, die durch die Wechselwirkung zwischen zwei Lichtwellen erzeugt wird. Ihre Frequenz ist ein Maß für die Temperatur und Dehnung, während die Phononen- Lebensdauer die räumliche Auflösung bestimmt. Alle bisherigen Brillouin- Sensoren nutzen nur eine einzige dieser akustischen Wellen. Dadurch sind die maximale Länge und die räumliche Auflösung der Sensoren beschränkt. Das Ziel dieses Projektes ist es daher, durch die künstliche Anpassung des Brillouin-Gewinns verteilte Temperatur- und Dehnungssensoren deutlich zu verbessern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen