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StartseiteForschung aktuellThermometer von der Rolle18.11.2009

Thermometer von der Rolle

Glasfaser-Sensoren überwachen die Temperaturen in Straßentunnels

Technologie.- Glasfaserkabel bilden heute das Rückgrat des digitalen Datentransports. Dabei können sie auch als Thermometer verwendet werden. Zum Beispiel werden sie in Straßentunnels und U-Bahnschächten verlegt, um Brände schnell lokalisieren zu können.

Von Ralf Krauter

Mithilfe von Glasfasersensoren  können zum Beispiel Tunnelbrände schnell lokalisiert werden.  (seas.upenn.edu)
Mithilfe von Glasfasersensoren können zum Beispiel Tunnelbrände schnell lokalisiert werden. (seas.upenn.edu)

Über schlechte Aussichten kann sich Luc Thévénaz nicht beklagen. Vom Campus der École Polytechnique Fédérale in Lausanne genießt der Schweizer Professor freie Sicht auf den Genfer See. Und auch sein Spezialgebiet, die Glasfaser-Sensorik, hat sich in den vergangenen Jahren prächtig entwickelt. Beim Besuch im Labor fällt der Blick als erstes auf ein riesiges Regal mit Spulen kilometerlanger Glasfaserkabel. Mehrere große Experimentiertische füllen den Raum. Auf einem davon ist Luc Thévénaz’ Team kürzlich wieder mal etwas Beeindruckendes gelungen.

Können wir den Fingertrick zeigen, fragt er seinen koreanischen Mitarbeiter. Auf der stählernen Tischplatte liegt ein schwarz ummanteltes Glasfaserbündel. Dahinter stapeln sich Netzteile und Laser, Modulatoren und Oszilloskope. Über farbige Glasfaserkabel gelangt das Licht dreier Laser in den schwarzen Lichtleiter. Luc Thévénaz legt seinen Zeigefinger auf das schwarze Kabelbündel, um die Glasfaser leicht zu erwärmen. Aus der flackernden waagrechten Linie auf dem Oszilloskop wachsen allmählich einige Spitzen in die Höhe.

"Jede Signalspitze entspricht einer lokalen Erwärmung, hervorgerufen durch meinen Finger. Wir können diese Temperaturänderungen genau detektieren und präzise lokalisieren. Und zwar aus bis zu 50 Kilometern Entfernung. Solche Glasfaser-Wärmefühler werden heute häufig verwendet, um Industrieanlagen und Rohrleitungen zu überwachen. Denn mit ihrer Hilfe lassen sich Lecks und Brände schnell aufspüren. In der Gegend um Berlin wurde erst kürzlich eine Ölpipeline damit ausgerüstet."

Damit das zähe Öl besser fließt, wird es erwärmt, bevor es in die Röhre strömt. Quillt es durch ein Leck ins Freie, detektiert das kilometerlange Glasfaser-Thermometer eine Wärmequelle und schlägt Alarm. Das Besondere an dem Versuchsaufbau in Lausanne: Die Schweizer Forscher nutzen einen speziellen Resonanzeffekt, die sogenannte stimulierte Brillouin-Streuung, mit dem sich Wärmequellen längs der Glasfaser 100 Mal genauer dingfest machen als bisher. Dabei versetzen zwei präzise abgestimmte Laserstrahlen die Atome des Lichtleiters in Schwingungen. Das Ergebnis ist eine akustische Welle in der Glasfaser. Die eigentliche Messung macht dann ein dritter Laserstrahl, erklärt Luc Thévénaz.

"Wir schicken einen kurzen Lichtpuls in die vibrierende Faser und messen, was davon zurück kommt. Beim Weg durch die Faser wird aufgrund der Schallwelle darin ständig ein kleiner Teil des Lichtblitzes reflektiert. Je weiter entfernt vom Eingang das passiert, umso später kommt der reflektierte Anteil vorn wieder heraus."

Wärmequellen längs der Faser verraten sich durch eine Frequenzverschiebung des reflektierten Lichtes. Anhand seiner Laufzeit können die Forscher diese Wärmequellen per Ferndiagnose auf einen Zentimeter genau dingfest machen. Eine derart präzise Lokalisierung könnte Reparaturtrupps einmal die Arbeit erleichtern. Die Licht-Dompteure am Ufer des Genfer Sees denken aber schon weiter.

"Wir wollen Verzögerungsschleifen für Lichtpulse bauen, die optische Datenpulse synchronisieren. Wir können die Schallwelle in der Faser nämlich auch so einstellen, dass sie einen Datenpuls an einer bestimmten Stelle komplett reflektiert. Wo genau das geschieht, kontrollieren wir mit den beiden anderen Laserstrahlen. Das macht das Ganze sehr attraktiv."

Das Ergebnis wären variable lasergesteuerte Warteschleifen, die Lichtpulse solange wie eben gewünscht hinhalten. Bei ersten Versuchen ließ sich die Verzögerung zwischen null und vielen Mikrosekunden variieren - also in einem viel weiteren Bereich, als bislang möglich. Für den Bau optischer Modulatoren und Speicher eröffne das eine Menge neuer Möglichkeiten, freut sich Luc Thévénaz. Die Aussichten sind rosig.

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