FiberLab

Individualisierte faseroptische Sensoren werden seit vielen Jahren zur Messung von Temperatur, Druck und Dehnungen in unterschiedlichsten Anwendungsgebieten eingesetzt. Neueste Entwicklungen der Femtosekunden-Lasertechnik ermöglichen erstmals verschiedenste Funktionalisierungen innerhalb einer Faser nach dem eigentlichen Faser-Ziehprozess. Kontinuierliche und periodische Brechzahländerungen (Wellenleiter bzw. Faser-Bragg Gitter (FBG)) lassen sich mit dieser Technologie nicht nur in den Kern einer Faser sondern auch an beliebige Stellen innerhalb des Claddings der Faser direkt hineinschreiben.

Darüber hinaus zeichnen sich Volumenelemente, die zuvor mit Femtosekunden-Laserpulsen belichtet wurden im Vergleich zu unbelichteten Stellen durch eine deutlich höhere Ätzrate bei Wechselwirkung mit Flusssäure aus.  Mit diesem als „Micromachining“ bekannten Prozess können durch definierte Ätzprozesse Mikroöffnungen zum Faserkern geschaffen werden, so dass geringste Brechzahländerungen (< 10-4) eines umgebenden Mediums (z.B. gelöstes Gas in einer Flüssigkeit) mit den FBGs hochempfindlich erfasst werden können. Eine derartig funktionalisierte Faser ermöglicht somit über Dehnungsmessungen an unterschiedlichen Positionen der Faser die präzise dreidimensionale Formerfassung und damit eine Navigation der Faserspitze (FiberNavi) bei gleichzeitiger Nutzung der FBG-Schallempfindlichkeit zum Ersatz von Ultraschallsensoren mittels Photoakustik sowie über die Brechzahlmessung eine chemische Analytik (FiberChem) an ausgewählten Positionen.

Die Kombination dieser beiden Techniken eröffnet bisher nicht mögliche Anwendungen in den Bereichen Medizin-, Energie- und Prozesstechnik (Abb. 1). Das Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung und Bereitstellung der Technologieplattform Lab-in-a-Fiber. Das FiberLab Konzept wird bei Projektende im Rahmen von zwei Prototypen für wirtschaftlich besonders interessante Anwendungen in der Medizintechnik (3D-Navigation eines Hirnkatheters mit faserakustischen Ultraschallsensoren – FiberNavi/FiberSens) und im Bereich Energietechnik (Echtzeit Überwachung einer Erdöl-Förderbohrung – FiberChem) demonstriert.