Grate Bragg Grate (FBG) הוא מכשיר אופטי מיוחד המבוסס על סיבים אופטיים. הוא משיג שליטה על השתקפות או העברת אורכי גל ספציפיים של אור על ידי הצגת מבנה אפנון מדד שבירה תקופתי בליבת הסיבים. בשל היתרונות שלה כמו רגישות גבוהה, חסינות להתערבות אלקטרומגנטית וקלות השילוב, FBGs נמצאים בשימוש נרחב בתחומים כמו תקשורת, חישה, בריאות, תעופה וחלל ועוד.
1. עקרונות יסוד של FBGs
עקרון הליבה של FBGs הוא דיפרקציה של bragg. כאשר האור מתפשט דרך סיבים אופטיים ומתקבל באזור עם וריאציות מדד שבירה תקופתיות (כלומר, מבנה הגרידה), אור באורך גל ספציפי (אורך גל בראג, λB) בא לידי ביטוי, בעוד שאורכי גל אחרים מועברים. אורך הגל בראג נקבע על ידי תקופת הגרידה (λ) ומדד השבירה היעיל של הליבה (nEff), בא לידי ביטוי כ: λB = 2nEffΛ
כאשר תנאים חיצוניים (כגון טמפרטורה, מתח או לחץ) משתנים, תקופת הסורג או משמרות מדד השבירה, וגורמות לשינוי מקביל באורך הגל של Bragg. על ידי מעקב אחר שינוי זה, ניתן להשיג מדידות דיוק גבוהות - מדידות דיוק של כמויות פיזיות.
2. שיטות ייצור של FBGs
נכון לעכשיו, FBGs מיוצרים בעיקר בטכניקות כתובת לייזר Ultraviolet (UV), עם שיטות נפוצות הכוללות:
- שיטת מסכת שלב: לייזר UV מקרין את הסיבים דרך מסיכת פאזה, ויוצר אפנון אינדקס שבירה תקופתי בליבה. מתאים לייצור המוני.
- שיטת הפרעה: שתי קורות לייזר UV קוהרנטיות מפריעות ליצור את מבנה הגרידה על הסיב, ומציעות גמישות גבוהה יותר לצרכים מותאמים אישית.
- כתיבה ישירה של לייזר femtosecond: משתמשת בלייזרים פועמים אולטרה -פועמים כדי לחרוט סורגים ישירות בתוך הסיבים, המתאימים לייצור סורג יציב בסביבות קשות (למשל, טמפרטורה גבוהה או קרינה).
3. סוגים עיקריים של FBG
בהתבסס על דפוסי אפנון של אינדקס שבירה ודרישות יישום, ניתן לסווג FBGs ל:
- FBG אחיד: כולל תקופת אפנון אינדקס שבירה קבועה, המשמשת בעיקר לסינון וחישה צרה.
- FBG מצויר: תקופת הגרידה משתנה בהדרגה לאורך ציר הסיבים, שימושית לפיצוי פיזור ולחישה מופצת.
- FBG מוטה: שוליים הסורגים מוטים בזווית לציר הסיבים, ומצמוד מצבי ליבה עם מצבי חיפוי, המתאים לחישה ביוכימית.
- FBG תקופה ארוכה (LPFG): יש תקופת סורג ארוכה יותר (מאות מיקרומטר), המאפשרת צימוד מצב באורכי גל ספציפיים, אידיאלי לחישת מדד טמפרטורה ושבירה.
4. יישומי FBG
בזכות גודלם הקומפקטי, התנגדות הפרעות ויכולות חישה מבוזרות, ל- FBG יש יישומים רחבים:
- תקשורת סיבים אופטיים: משמשת לסינון, פיצוי פיזור, וייצוב לייזר במערכות ריבוי חלוקת אורך גל (WDM).
- ניטור בריאות מבני: משובץ במבנים גדולים (למשל, גשרים, מטוסים, טורבינות רוח) כדי לפקח על המתח, הטמפרטורה והרטט בזמן אמת.
- גילוי רפואי: מיושם באנדוסקופים וכלים כירורגיים פולשניים באופן מינימלי לצורך משוב כוח וניטור טמפרטורה.
- תעשיות נפט וכוח: משמש לגילוי דליפות בצינורות וניטור טמפרטורה בכבלי מתח גבוה {}}}.
- Aerospace: פרוס בכנפי מטוסים ובפגזי חלליות כדי לפקח על עיוות מבני ולחץ תרמי.
5. מגמות עתידיות של FBGs
עם ההתקדמות בחישה חכמה ובאינטרנט של הדברים (IoT), הוראות מחקר מרכזיות עבור FBGs כוללות:
- Multi - חישת פרמטרים: פיתוח מבני סורג חדשים המסוגלים במקביל למדידה טמפרטורה, מתח, לחץ, מדד שבירה ועוד.
- FBGs גמישים: שילוב עם חומרים גמישים כדי להרחיב יישומים במכשירים לבישים ובחישה של מישוש רובוטי.
- AI - ניתוח סיוע: שילוב אלגוריתמים למידת מכונה כדי לשפר את עיבוד הנתונים ודיוק החיזוי במערכות חישה של FBG.
מַסְקָנָה
כמכשיר אופטי גבוה - ביצועים, FBGs הפכו למרכיב חיוני בטכנולוגיה אופטואלקטונית מודרנית בגלל מנגנוני החישה הייחודיים שלהם ופוטנציאל היישום הרחב. בעתיד, פריצות דרך בחומרים חדשים וטכניקות ייצור ירחיבו עוד יותר את תפקידם בחישה חכמה, תקשורת 5G, יישומים ביו -רפואיים ועוד, תניע את ההתקדמות בתעשיות הטכנולוגיות הגבוהות {}}.