DE10049951A1

DE10049951A1 - Faseroptischer Sensor zur Bestimmung eines Analyten mit hoch doppelbrechendem Lichtwellenleiter sowie Verwendung des faseroptischen Sensors

Info

Publication number: DE10049951A1
Application number: DE10049951A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Birkle; Jiri Ctyroky; Wolfgang Ecke; Kerstin Schroeder; Radan Slavik
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2000-10-06
Filing date: 2000-10-06
Publication date: 2002-04-18

Abstract

Der faseroptische Sensor zur Bestimmung eines Analyten (50) enthält einen ummantelten Lichtwellenleiter (10) mit einem Interaktionsbereich (13), in dem der Lichtwellenleiter (10) mit einem Faser-Bragg-Gitter (20) versehen, der Mantel (12) des Lichtwellenleiters (10) zumindest teilweise entfernt und eine Metallschicht (30) auf dem Lichtwellenleiter (10) angeordnet ist. Der Lichtwellenleiter (10) weist im Interaktionsbereich (13) eine hohe Doppelbrechung mit einer Beat-Länge von höchstens 4 mm auf, so dass zwei orthogonale Ausbreitungsmoden (81, 82) nach Reflexion am Faser-Bragg-Gitter (20) spektral voneinander selektierbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen faseroptischen Sensor zur Be stimmung eines Analyten mit mindestens einem ummantelten Lichtwellenleiter, der einen Interaktionsbereich zur Wechsel wirkung mit dem Analyten aufweist, in welchem Interaktionsbe reich der Lichtwellenleiter mit einem Faser-Bragg-Gitter ver sehen ist, der Mantel des Lichtwellenleiters zumindest teil weise entfernt ist, und eine Metallschicht im Bereich mit zu mindest teilweise entferntem Mantel auf dem Lichtwellenleiter angeordnet ist. Ein solcher faseroptischer Sensor ist bekannt aus der DE 196 30 181 A1. Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung des faseroptischen Sensors in optischen Mess einrichtungen zur Bestimmung eines Analyten.

In der Messtechnik wird derzeit gerade dann, wenn eine physi kalische oder chemische Größe in einem rauen Umfeld bei spielsweise in einer korrosiven Atmosphäre oder bei einer ho hen Temperatur erfasst werden soll, zunehmend der Einsatz ei ner optischen Erfassung erwogen. Ein optischer Sensor ist nämlich unempfindlicher gegenüber den beschriebenen rauen Um gebungsbedingungen als ein konventioneller Sensor, beispiels weise ein elektrischer Sensor.

In der DE 196 30 181 A1 wird ein faseroptischer Sensor be schrieben, der den optischen Brechungsindex einer chemischen oder biochemischen Substanz (= Analyt) unter Verwendung eines in einen Lichtwellenleiter eingebrachten Faser-Bragg-Gitters (FBG) erfasst. Es wird ein Lichtsignal mit einer von der zu erfassenden Substanz (= Analyt) abhängigen spektral codierten Information gewonnen. In einem Interaktionsbereich, in dem der Analyt mit dem Lichtwellenleiter in Wechselwirkung tritt, ist der Lichtwellenleiter seitlich, bis nahe an den lichtfüh renden Kern anpoliert. In diesem Interaktionsbereich ist auch das Faser-Bragg-Gitter in den Lichtwellenleiter eingeschrie ben. Die spektrale Beeinflussung eines in das Faser-Bragg- Gitter eingespeisten Lichtsignals hängt außer von den Geomet rieparametern des Faser-Bragg-Gitters auch von den optisch relevanten Parametern im evaneszenten Feld des Lichtwellen leiters ab. Das evaneszente Feld wird durch die zumindest teilweise Abtragung des Mantels in verstärktem Maß einer äu ßeren Beeinflussung zugänglich. Maßgeblich für diese Beein flussung ist der optische Brechungsindex, der sich in dem In teraktionsbereich bei Anwesenheit des Analyten einstellt. Bei dem in der DE 196 30 181 A1 beschriebenen faseroptischen Sen sor ist optional zur Erhöhung der Polarisationsabhängigkeit eine dünne, optisch teildurchlässige Metallbeschichtung vor gesehen.

In dem Fachaufsatz von B. Chadwick et al. in "Sensors and Ac tuators B", Vol. 17, 1994, Seiten 215 bis 220, wird ein opti scher Freistrahl-Sensor beschrieben, bei dem ebenfalls eine Metallbeschichtung zur Detektion einer chemischen Substanz verwendet wird. Im Gegensatz zu dem vorstehend beschriebenen faseroptischen Sensor dient die Metallbeschichtung hier je doch nicht einer Verstärkung der Polarisationsabhängigkeit, sondern als Ausbreitungsmedium für eine sogenannte Oberflä chen-Plasmonen-Welle (Surface Plasmon Wave). Die Oberflächen- Plasmonen-Welle wird durch ein an der Metallbeschichtung re flektiertes Lichtsignal erzeugt. Die Resonanzbedingung für die Ausbildung einer Oberflächen-Plasmonen-Welle ist sehr empfindlich gegenüber kleinsten Änderungen der (optischen) Umgebungsparameter. Daher lässt sich dieser Effekt grundsätz lich sehr gut für einen Sensoraufbau nutzen. Die Ausbildung der Oberflächen-Plasmonen-Welle hängt also wiederum insbeson dere vom Brechungsindex im evaneszenten Feld der Welle ab. Zu einer Wasserstoffdetektion kommt als Metall Palladium oder eine Palladium-Nickel-Legierung zum Einsatz. Ausgewertet wird die je nach Anregung der Oberflächen-Plasmonen-Welle variie rende Intensität des reflektierten Lichtsignals. Bei einer optischen Freistrahl-Messeinrichtung ist eine Intensitätsaus wertung aber anfällig für Messwertverfälschungen aufgrund von Verschmutzung des Strahlengangs.

Dieser Störeffekt wird bei dem von J. Homola und R. Slavik in "Electronics Letters", 29th February 1996, Vol. 32, No. 5, Seiten 480 bis 482, beschriebenen Sensor durch Verwendung ei nes faseroptischen Aufbaus vermieden. Bei diesem Sensor ist eine Metallbeschichtung im Bereich eines seitlich abpolierten Lichtwellenleiters vorgesehen. An der Grenzfläche zwischen der Metallschicht und dem Analyten bildet sich eine Oberflä chen-Plasmonen-Welle aus, die in Abhängigkeit vom Brechungs index des Analyten durch das in der Lichtfaser geführte Lichtsignal angeregt wird. Die Energieeinkopplung in die Oberflächen-Plasmonen-Welle führt bei dem Lichtsignal im Lichtwellenleiter zu einer auswertbaren Intensitätsänderung. Auch bei einem faseroptischen Sensor kann eine Intensitäts auswertung durch anderweitige Beeinflussung der optischen Verluste auf der Übertragungsstrecke fehlerbehaftet sein. Außerdem kann längs eines Lichtwellenleiters nur ein einziger faseroptischer Sensor nach dem offenbarten Prinzip betrieben werden. Der faseroptische Sensor ist nicht multiplexfähig, d. h. nicht zum Aufbau eines Sensor-Netzwerks geeignet.

Der von R.C. Jorgenson und S.S.Yee in "Sensors and Actuators B", Vol. 12, 1993, Seiten 213 bis 220, offenbarte faseropti sche Sensor basiert ebenfalls auf der Wechselwirkung zwischen dem Analyten und einer optisch angeregten Oberflächen- Plasmonen-Welle. Bei diesem Sensorkonzept wird die Wellenlän genverschiebung der Energieabsorption durch die Anregung der Oberflächen-Plasmonen-Resonanz bei Anwesenheit des Analyten detektiert. Da diese Absorption aber sehr breitbandig er folgt, ist auch dieser offenbarte faseroptische Sensor nicht multiplexfähig.

Dagegen weist der in dem Aufsatz von Y.T. Peng et al. in Pro ceedings zur "OFS 13-13^th International Conference on Opti cal Fiber Sensors", 12.-16.04.1999, Seiten 171 bis 174, be schriebene faseroptische Sensor die Eignung zum Aufbau eines Sensornetzwerks auf. Bei diesem zur Wasserstoffdetektion be stimmten faseroptischen Sensor ist ein galvanisch mit Palla dium beschichtetes Faser-Bragg-Gitter vorgesehen. Da die de tektierte Bragg-Wellenlänge außer vom Brechungsindex des Ana lyten auch von anderen Bedingungen wie der Temperatur und dem Dehnungszustand des Faser-Bragg-Gitters abhängt, ist eine ge sonderte Kompensation erforderlich. Gemäß der DE 196 30 181 A1 ist für eine solche Kompensation entweder ein zusätzliches Referenz-Faser-Bragg-Gitter, das ausschließlich zur Detektion der Umgebungseinflüsse dient, oder eine aufwen dige Polarisationseinstellung des eingestrahlten Lichtsignals notwendig. Jedes Referenz-Faser-Bragg-Gitter reduziert dann jedoch die Anzahl möglicher Messstellen in dem Sensornetz werk.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, einen faseroptischen Sensor der eingangs bezeichneten Art an zugeben, der multiplexfähig ist und eine einfache Möglichkeit zur Referenzbildung vorsieht.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein faseroptischer Sensor ent sprechend den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 angegeben.

Der erfindungsgemäße faseroptische Sensor zur Bestimmung ei nes Analyten umfasst mindestens einen ummantelten Lichtwel lenleiter, der einen Interaktionsbereich zur Wechselwirkung mit dem Analyten aufweist, in welchem Interaktionsbereich

a) der Lichtwellenleiter mit einem Faser-Bragg-Gitter ver sehen ist,
b) der Mantel des Lichtwellenleiters zumindest teilweise entfernt ist,
c) eine Metallschicht im Bereich mit zumindest teilweise entferntem Mantel auf dem Lichtwellenleiter angeordnet ist, wobei
d) der Lichtwellenleiter zumindest in dem Interaktionsbe reich eine hohe Doppelbrechung mit einer Beat-Länge von höchstens 4 mm aufweist.

Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass bei Ver wendung eines hoch doppelbrechenden Lichtwellenleiters mit einer Beat-Länge (= Schwebungswellenlänge) von höchstens 4 mm eine einfache spektrale Trennung von zwei zueinander orthogo nalen Ausbreitungsmoden, die in das Faser-Bragg-Gitter einge speist werden, möglich ist. Das Faser-Bragg-Gitter weist dann nämlich für den sogenannten TM-Mode (transversales magneti sches Feld) und für den sogenannten TE-Mode (transversales elektrisches Feld) unterschiedliche Bragg-Wellenlängen auf, deren mittlerer Abstand so groß ist, dass beide Bragg- Wellenlängen problemlos in einer Sende-/Empfangseinheit von einander getrennt werden können. Dies geschieht beispielswei se spektrometrisch, insbesondere mit Hilfe eines Polychroma tors. Bei einer verwendeten Beat-Länge von etwa 4 mm sind die Bragg-Wellenlängen für den TM- und den TE-Mode typischerweise um etwa 0,25 nm voneinander beabstandet.

Insbesondere vorteilhaft ist dabei, dass nur einer der beiden Ausbreitungsmoden, nämlich der sogenannte TM-Mode eine Anre gung einer Oberflächen-Plasmonen-Welle bewirkt. Folglich wird auch nur der TM-Mode durch die Wechselwirkung zwischen dem zu detektierenden Analyten und der Oberflächen-Plasmonen-Welle beeinflusst. Der zweite Ausbreitungsmode, der sogenannte TE- Mode wird dagegen durch die Metallschicht vom Analyten abge schirmt. Der Reflexionsgrad des TE-Modes am Faser-Bragg- Gitter wird damit ausschließlich durch die Umgebungsbedingun gen bestimmt. Die spektrale Beeinflussung des TE-Modes kann damit als Referenz bei der Auswertung des TM-Modes, der so wohl durch die Umgebungsbedingungen als auch durch den zu de tektierenden Analyten beeinflusst wird, herangezogen werden. Die Differenz zwischen den Bragg-Wellenlängen beider Polari sationsmoden ist ein von äußeren Störeinflüssen weitgehend unabhängiges Maß für den Brechungsindex des Analyten.

Dem so ermittelten Brechungsindex kann über eine vorab ermit telte Look-up-Tabelle, die in der Sende-/Empfangseinheit hin terlegt ist, der zugehörige Analyt zugewiesen werden. Der Analyt kann dabei als chemische oder biochemische Substanz jeweils in flüssigem oder auch in gasförmigem Zustand vorlie gen. Beispiele für einen detektierbaren Analyt sind eine wässrige Lösung, Leicht- oder Schweröl, ein Kohlenwasserstoff oder auch nur Wasserstoff.

Für die Kompensationsmethode ist kein zusätzliches Faser- Bragg-Gitter erforderlich. Da die Erfassung des Messwerts und des Referenzwerts am gleichen Ort erfolgt, wird ein genauerer Messwert für den Brechungsindex ermittelt als bei Verwendung eines Referenz-Faser-Bragg-Gitters. Dieses befindet sich näm lich immer an einer vom für die Messwertermittlung eingesetz ten Faser-Bragg-Gitter verschiedenen Stelle im Lichtwellen leiter. Damit unterliegt es jedoch gegebenenfalls anderen Um gebungseinflüssen als das für die Messwertermittlung einge setzte Faser-Bragg-Gitter. Dies kann zu Messfehlern führen.

Weiterhin ist für den Betrieb des faseroptischen Sensors kei ne aufwendige, gegebenenfalls sogar zeitlich variable Polari sationseinstellung erforderlich. Die Einspeisung beider or thogonaler Polarisationsmoden in den Lichtwellenleiter ist mit vergleichsweise einfachen Mitteln möglich, beispielsweise mit einem sogenannten 45°-Splice, bei dem ein polarisiertes Licht führender Eingangs-Lichtwellenleiter unter einem Winkel 45° zu den beiden Hauptachsen des hoch doppelbrechenden Lichtwellenleiters angeschlossen wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen faseropti schen Sensors ergeben sich aus den vom Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen.

Vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei der der verwendete Lichtwellenleiter zumindest im Interaktionsbereich eine Beat- Länge von höchstens 2 mm hat. Die spektrale Trennung des am Faser-Bragg-Gitter reflektierten TM- und TE-Modes ist dann besonders einfach möglich. Bei einer Beat-Länge von etwa 2 mm liegt ein typischer Abstand der Bragg-Wellenlängen für den TM- und den TE-Mode in der Größenordnung von etwa 0,5 nm. Dieser Abstand lässt sich sehr gut auflösen, da die Halb wertsbreiten der Signale, die sich durch Reflexion der beiden Moden am Faser-Bragg-Gitter ergeben, üblicherweise jeweils zwischen 0,1 nm und 0,15 nm liegen.

Bei einer günstigen Variante ergibt sich die zumindest in dem Interaktionsbereich vorliegende hohe Doppelbrechung des Lichtwellenleiters durch eine Formanisotropie. Dazu hat der Kern des Lichtwellenleiters beispielsweise einen asymmetri schen, insbesondere elliptischen Querschnitt. Diese Variante zeichnet sich dadurch aus, dass das teilweise Entfernen des Mantelmaterials im Interaktionsbereich praktisch keinen nega tiven Einfluss auf die hohe Doppelbrechung des Lichtwellen leiters hat.

Bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der die Metallschicht höchstens 1 im dick ist. Bis zu dieser Dicke kann eine Ober flächen-Plasmonen-Welle gut angeregt und über ihre Wechsel wirkung mit der Umgebung ein Analyt detektiert werden. Insbe sondere für die Anregung einer Oberflächen-Plasmonen- Resonanz, mittels der sich auch noch kleinste Veränderungen im Brechungsindex des zu detektierenden Analyten erfassen lassen, ist es günstig, wenn die Metallschicht höchstens 50 nm dick ist. Typischerweise wird dann eine Metallschicht dicke in der Größenordnung zwischen 10 und 50 nm verwendet. Die Güte der Oberflächen-Plasmonen-Resonanz und damit die Sensorempfindlichkeit lassen sich durch eine Reduzierung der Metallschichtdicke erhöhen. Insbesondere ist die Metall schichtdicke dabei auch auf die Bragg-Wellenlänge des zugehö rigen Faser-Bragg-Gitters abgestimmt.

Grundsätzlich eignet sich jedes Metall als material für die Metallschicht. Entscheidend für die Ausbildung der Oberflä chen-Plasmonen-Welle ist dabei die durch das freie Elektro nengas bestimmte hohe elektrische Leitfähigkeit. Vorzugsweise besteht die Metallschicht aus einem Material einer ersten Ma terialgruppe, die Gold, Silber, Aluminium und Palladium um fasst. Alternativ kann die Metallschicht auch nur ein Materi al dieser ersten Materialgruppe enthalten, beispielsweise in Form einer Legierung oder Verbindung mit mindestens einem weiteren Metall. Insbesondere mit einer bis zu 50 nm dicken Metallschicht aus Gold, Silber oder Aluminium lässt sich ein hochempfindlicher Sensor auf Basis einer Oberflächen- Plasmonen-Resonanz realisieren. Mit einer derartigen dünnen Metallschicht kann beispielsweise eine Änderung im Brechungs index einer wässrigen Lösung detektiert werden. Insbesondere lässt sich eine konzentrationsabhängige Brechungsindexände rung in einer Salzlösung ermitteln.

Dagegen erhält man einen auf Wasserstoff empfindlichen Sen sor, wenn die Metallschicht insbesondere aus Palladium oder einer Palladium-Legierung, vorzugsweise einer Palladium- Nickel-Legierung, jeweils mit einer Dicke zwischen 100 nm und 300 nm besteht. Angeregt wird bei dieser Variante mit dicker Metallschicht eine Oberflächen-Plasmonen-Welle, deren Schwer punkt sich an der Grenzfläche zwischen Lichtwellenleiter und Metallschicht ausbildet. Der Wasserstoff dringt in die palla diumhaltige Metallschicht ein. Die in der Metallschicht auf tretende Wasserstoff-Konzentration führt schließlich zu einer detektierbaren Beeinflussung des Brechungsindex im evaneszen ten Feld der Oberflächen-Plasmonen-Welle. Die relativ dicke palladiumhaltige Metallschicht weist eine gute mechanische Stabilität auf, die sich insbesondere bei einem hohen Wasser stoffgehalt durch den Einsatz einer Palladium-Nickel- Legierung weiter steigern lässt. Die palladiumhaltige Metall schicht erfüllt bei dieser Variante eine doppelte Funktion. Einerseits ermöglicht sie aufgrund ihrer metallischen Leitfä higkeit die Ausbildung der Oberflächen-Plasmonen-Welle und andererseits absorbiert sie den zu detektierenden Wasser stoff. Eine weitere Variante zur Detektion einer sauerstoff haltigen oder korrosiven Substanz (= Analyt) funktioniert nach dem gleichen Prinzip. Die aus einem geeigneten Metall beste hende und für die Ausbildung der Oberflächen-Plasmonen-Welle erforderliche Metallschicht reagiert mit der zu detektieren den Substanz, wodurch sich wiederum die Umgebungsbedingungen der Oberflächen-Plasmonen-Welle verändern.

Günstig ist eine weitere Ausgestaltung, bei der auf der Me tallschicht eine Hilfsschicht angeordnet ist. Bei dieser Aus gestaltung reagiert nicht die Metallschicht mit dem Analyten, sondern die speziell auf den zu detektierenden Analyten abge stimmte Hilfsschicht. Das evaneszente Feld der Oberflächen- Plasmonen-Welle hat nur eine sehr geringe Reichweite. Typi scherweise liegt die Eindringtiefe in dem Analyt oder in der Hilfsschicht zwischen etwa 1 µm und 2 µm. Damit lässt sich mit hoher Empfindlichkeit eine Brechzahländerung in einer dünnen Hilfsschicht erfassen. Bei einer Bragg-Wellenlänge von 800 nm kann die Hilfsschicht bis zu 5 µm dick sein. Die Brechzahländerung erfolgt beispielsweise durch Absorption ei nes gasförmigen oder flüssigen Analyten in Poren der Hilfs schicht oder durch Adsorption infolge chemischer oder auch biochemischer Reaktionen an der Oberfläche der Hilfsschicht. Die spezifischen Reaktionen mit der nachzuweisenden Substanz (Absorption in Poren, Adsorption durch chemische Oberflächen reaktion, . . .) führen zu einer insbesondere konzentrationsab hängigen Änderung des Brechungsindex im Bereich des evanes zenten Felds der Oberflächen-Plasmonen-Welle. Bei der Hilfs schicht kann es sich beispielsweise um eine biologisch aktive Schicht zum Eiweißnachweis oder um eine Schicht aus porösem Siliciumoxid zur Detektion von Luftfeuchtigkeit handeln.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist auf der Me tallschicht eine erste Anpassschicht angeordnet. Diese erste Anpassschicht befindet sich entweder zwischen der Metall schicht und der Hilfsschicht oder grenzt unmittelbar, d. h. ohne Hilfsschicht, an die zu detektierende Substanz an. Mit tels dieser ersten Anpassschicht lässt sich der sensitive Be reich für den Brechungsindex einstellen.

Insbesondere besteht diese erste Anpassschicht aus einem Ma terial, dessen Brechungsindex größer ist als der Brechungsin dex im Kern des verwendeten Lichtwellenleiters. Dadurch er gibt sich ein Einfluss auf die Oberflächen-Plasmonen- Resonanz, der den empfindlichen Messbereich für den Bre chungsindex des zu detektierenden Analyten verschiebt.

Ein solches für die erste Anpassschicht besonders gut geeig netes Material mit entsprechend hohem Brechungsindex gehört insbesondere zu einer zweiten Materialgruppe, die Tantalpen toxid, Siliciumtitanoxid, Siliciumoxynitrid und Polyvinylide ne umfasst. Alternativ kann die erste Anpassschicht auch nur ein Material dieser zweiten Materialgruppe enthalten. Während ein erste Anpassschicht aus Tantalpentoxid, Siliciumtitanoxid oder Siliciumoxynitrid durch Sputtern erzeugt wird, lässt sich ein Polyvinyliden als organische Substanz besonders ein fach aus einer Lösung abscheiden. Beispielsweise lässt sich mittels einer etwa 100 nm dicken ersten Anpassschicht aus Si liciumtitanoxid der durch die Oberflächen-Plasmonen-Resonanz bestimmte Empfindlichkeitsbereich für den Brechungsindex um etwa 0,1 verschieben.

Günstig ist eine andere Variante, bei der zwischen dem Licht wellenleiter und der Metallschicht eine zweite Anpassschicht vorgesehen ist. Eine solche zweite Anpassschicht dient ähn lich wie die Reduzierung der Metallschichtdicke einer Verbes serung der Güte der Oberflächen-Plasmonen-Resonanz und damit auch einer Verbesserung der Sensorempfindlichkeit. Eine drit te Möglichkeit zur Verbesserung der Güte besteht darin, im Bereich der Entmantelung eine möglichst große Restschicht dicke des Mantels vorzusehen.

Die zweite Anpassschicht besteht insbesondere aus einem Mate rial, dessen Brechungsindex kleiner ist als der Brechungsin dex im Kern des verwendeten Lichtwellenleiters. Dadurch wird der effektiv für die Lichtausbreitung im Lichtwellenleiter wirksame Brechungsindex reduziert und es stellt sich eine vorteilhafte Erhöhung der Sensorempfindlichkeit ein.

Vorzugsweise ist die zweite Anpassschicht aus einem ver gleichsweise niedrig doppelbrechenden Material einer dritten Materialgruppe, die Magnesiumfluorid, Calciumfluorid, Li thiumfluorid oder Kryolith umfasst, ausgebildet. Alternativ kann die zweite Anpassschicht auch nur ein Material der drit ten Materialgruppe enthalten. Ein Beispiel für eine günstige zweite Anpassschicht ist eine typischerweise zwischen 100 nm und 200 nm dicke Schicht aus Lithiumfluorid.

Sowohl die erste als auch die zweite Anpassschicht kommen mit besonderem Vorteil zum Einsatz, wenn eine Oberflächen- Plasmonen-Resonanz angeregt wird, d. h. die Metallschicht eine Dicke von höchstens 50 nm aufweist.

Weiterhin ist es möglich, dass zwischen dem Lichtwellenleiter und der Metallschicht eine Kontaktvermittlungsschicht ange ordnet ist. Die Kontaktvermittlungsschicht unterscheidet sich insofern von der zweiten Anpassschicht, als sie vorzugsweise keine optisch relevanten Eigenschaften aufweist, also insbe sondere keinen Einfluss auf die Lichtausbreitung im Lichtwel lenleiter ausübt. Sie dient vielmehr einer Verbesserung der Metallschichthaftung auf dem Lichtwellenleiter. Als Material für diese Kontaktvermittlungsschicht kommt beispielsweise Chrom in Betracht. Eine typische Dicke liegt bei etwa 2 nm.

Der faseroptische Sensor kann mit besonderem Vorteil in einer optischen Messeinrichtung zur Bestimmung eines Analyten ein gesetzt werden. Bei dieser optischen Messeinrichtung sind Mittel zur Einspeisung zweier zueinander orthogonaler Aus breitungsmoden in den Lichtwellenleiter vorgesehen. Bei Ver wendung des hoch doppelbrechenden Lichtwellenleiters weisen die für die beiden Moden an dem Faser-Bragg-Gitter jeweils reflektierten Signale einen mittleren spektralen Abstand auf, der größer ist als ihre jeweilige Halbwertsbreite. Dadurch lassen sich die Signale beider Ausbreitungsmoden in einer Sende-/Empfangseinheit problemlos voneinander selektieren. Da nur die spektrale Beeinflussung des ersten Ausbreitungsmodes von dem Analyten abhängt, kann die spektrale Beeinflussung des zweiten Ausbreitungsmodes als Referenz zur Kompensation von Umgebungseinflüssen verwendet werden. Dadurch erreicht man eine Erhöhung der Messgenauigkeit.

Aufgrund ihrer spektralen Selektierbarkeit können die beiden Ausbreitungsmoden bei einer günstigen Variante der optischen Messeinrichtung insbesondere gleichzeitig eingespeist werden.

Die optische Messeinrichtung kann ein Sensornetzwerk mit meh reren faseroptischen Sensoren, die jeweils einen Interakti onsbereich zur Wechselwirkung mit einem Analyten aufweisen, umfassen. Dabei können die verschiedenen faseroptischen Sen soren auch zur Detektion von verschiedenen Analyten ausgelegt sein. Durch die gleichzeitige Ermittlung eines Mess- und Re ferenzwerts mittels der beiden Ausbreitungsmoden kann die op tische Messeinrichtung für eine besonders hohe Anzahl einzel ner faseroptischer Sensoren ausgelegt sein.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden nunmehr an Hand der Zeichnung näher erläutert. Zur Verdeutlichung ist die Zeich nung nicht maßstäblich ausgeführt, und gewisse Merkmale sind schematisiert dargestellt. Im Einzelnen zeigen:

Fig. 1, 3 bis 5 Ausführungsformen eines faseroptischen Sensors mit einem Faser-Bragg-Gitter in einem anpolierten hoch doppelbrechenden Lichtwellenleiter und mit einer Metallbe schichtung,

Fig. 2 einen hoch doppelbrechenden Lichtwellen leiter im Querschnitt sowie

Fig. 6 eine optische Messeinrichtung mit mehre ren faseroptischen Sensoren gemäß den Fig. 1, 3 bis 5.

Einander entsprechende Teile sind in den Fig. 1 bis 6 mit denselben Bezugszeichen versehen.

In Fig. 1 ist ein faseroptischer Sensor 101 zur Erfassung eines Analyten 50 dargestellt. Der faseroptische Sensor 101 umfasst einen Lichtwellenleiter 10 mit einem Kern 11 und ei nem Mantel 12. Die Wechselwirkung mit dem Analyten 50 findet in einem Interaktionsbereich 13 statt, in dem der Lichtwel lenleiter 10 teilweise entmantelt ist.

Der Mantel 12 ist durch seitliches Abpolieren teilweise ent fernt worden. Dazu ist der Lichtwellenleiter 10 in eine ge krümmte Nut eines Quarzblocks 15 eingelegt und gemeinsam mit diesem dem Poliervorgang unterzogen worden. Durch die Vorgabe des Krümmungsradius kann die Ausdehnung der Entmantelung und damit auch die des Interaktionsbereichs 13 festgelegt werden. Der Mantel 12 wird auf diese Weise bis auf eine verbleibende Restschichtdicke 14 abgetragen.

Im Beispiel von Fig. 1 wird als Lichtwellenleiter 10 eine Faser aus Quarzglas mit einem Kerndurchmesser von 5 µm und einer Manteldicke von 60 µm verwendet. Der für den Lichtwel lenleiter 10 verwendete Krümmungsradius von 2 m führt nach Abschluss des Poliervorgangs zu einem freigelegten Interakti onsbereich 13 mit einer Länge von etwa 2 mm. Die Restschicht dicke 14 beträgt etwa 0,2 µm.

Der Lichtwellenleiter 10 ist im Bereich der Entmantelung mit einer Metallschicht 30 bedeckt. Sie besteht aus Gold und hat eine Dicke von etwa 30 nm.

Weiterhin ist in den Lichtwellenleiter 10 im Interaktionsbe reich 13 ein Faser-Bragg-Gitter 20 mit einer nominellen Bragg-Wellenlänge λ von 830 nm eingeschrieben. Das Faser- Bragg-Gitter 20 erstreckt sich im Beispiel von Fig. 1 über den gesamten Interaktionsbereich 13. Obwohl das Faser-Bragg- Gitter 20 grundsätzlich auch kürzer sein kann, ist die Aus führungsform von Fig. 1 besonders günstig, da der gesamte verfügbare Interaktionsbereich 13 zur Wechselwirkung mit dem Analyten 50 beiträgt.

Ein in den Interaktionsbereich 13 eingespeistes breitbandiges Eingangslichtsignal 60 wird an dem Faser-Bragg-Gitter 20 im Bereich der Bragg-Wellenlänge λ reflektiert. Der reflektierte Anteil läuft als Ausgangslichtsignal 80 zurück zu einer in Fig. 1 nicht dargestellten Sende/Empfangseinheit, in der die Auswertung vorgenommen wird. Alternativ könnte auch das durch das Faser-Bragg-Gitter 20 transmittierte Lichtsignal, das dann in seinem Intensitätsspektrum im Bereich der Bragg- Wellenlänge λ eine Bandlücke aufweist, ausgewertet werden.

Das Eingangslichtsignal 60 umfasst zwei zueinander orthogona le Ausbreitungsmoden 61 und 62. Der erste Ausbreitungsmode 61 wird wegen seines transversalen magnetischen Felds auch mit TM-Mode, der zweite Ausbreitungsmode 62 wegen seines trans versalen elektrischen Felds mit TE-Mode bezeichnet. Entspre chend weist auch das durch Reflektion am Faser-Bragg-Gitter 20 aus dem Eingangslichtsignal 60 hervorgegangene Ausgangs lichtsignal 80 zwei zueinander orthogonale Ausbreitungsmoden 81 (= TM-Mode) und 82 (= TE-Mode) auf.

Wenn als Lichtwellenleiter 10 eine hoch doppelbrechende Faser verwendet wird, fallen die Wellenlängen, bei denen die beiden Ausbreitungsmoden 61 und 62 am Faser-Bragg-Gitter 20 reflek tiert werden, nicht mehr exakt zusammen. Bei dem im Beispiel von Fig. 1 verwendeten hoch doppelbrechenden Lichtwellenlei ter 10 mit einer Beat-Länge von 2 mm liegen die spektralen Schwerpunkte der beiden Ausbreitungsmoden 81 und 82 im Aus gangslichtsignal 80 um etwa 0,5 nm auseinander. Diese Diffe renz Δλ der Bragg-Wellenlängen für beide Moden berechnet sich nach der Vorschrift:

wobei λ für die nominelle mittlere Bragg-Wellenlänge, n für den mittleren Brechungsindex des Faserkerns 11 des Lichtwel lenleiters 10 und L_B für die Beat-Länge des Lichtwellenlei ters 10 bei der verwendeten nominellen mittleren Bragg- Wellenlänge λ steht.

Unter Berücksichtigung der verwendeten nominellen mittleren Bragg-Wellenlänge λ von 830 nm und des Brechungsindex im Kern der verwendeten Quarzglasfaser von n=1,46 errechnet sich dann mit der Beat-Länge von 2 mm der angegebene Wert von 0,5 nm für die Differenz Δλ. Anhand dieser Differenz Δλ können der TM-Mode 81 und der TE-Mode 82 ohne Probleme spektral vonein ander selektiert und einzeln ausgewertet werden.

Aus Gleichung (1) lässt sich außerdem eine Dimensionierungs vorschrift für die Beat-Länge L_B in Abhängigkeit von der no minellen mittleren Bragg-Wellenlänge λ, der Brechungsindex n sowie der minimal zu detektierenden Differenz Δλ_min der Bragg- Wellenlängen beider Moden ermitteln:

Je nach Anwendung wird ein hoch doppelbrechender Lichtwellen leiter 10 ausgewählt, dessen Beat-Länge bei der verwendeten Bragg-Wellenlänge λ die Bedingung von Gleichung (2) erfüllt.

Vorzugsweise wird ein Lichtwellenleiter 10 verwendet, bei dem die hohe Doppelbrechung mittels Formanisotropie, also bei spielsweise durch einen Kern 11 mit elliptischer Quer schnittsfläche, eingestellt wird. Ein solcher Lichtwellenlei ter 10 ist in Fig. 2 dargestellt. Eine Beeinträchtigung der hohen Doppelbrechung durch die teilweise Entmantelung des Lichtwellenleiters 10 kann damit besonders wirkungsvoll umge gangen werden. Andere hoch doppelbrechende Lichtwellenleiter typen, beispielsweise solche mit Spannungsanisotropie, sind jedoch grundsätzlich ebenfalls möglich.

Im Interaktionsbereich 13 generiert das Eingangslichtsignal 60 eine sogenannte Oberflächen-Plasmonen-Welle 70 an der Grenzfläche zu dem Analyten 50. Ein evaneszentes Feld 71 der Oberflächen-Plasmonen-Welle 70 erstreckt sich in den Analyten 50. Die Ausbildung der Oberflächen-Plasmonen-welle 70 wird durch die optischen Parameter, insbesondere den Brechungsin dex des Analyten 50, im Bereich des evaneszenten Felds 71 be einflusst. Handelt es sich um einen Analyten 50 mit einem Brechungsindex aus dem Empfindlichkeitsbereich des faseropti schen Sensors 101, so resultiert eine für diesen Brechungsin dex spezifische Verschiebung der Bragg-Wellenlänge λ. Diese spektrale Verschiebung kann ausgewertet und zur Bestimmung des Analyten 50 verwendet werden.

Da die Oberflächen-Plasmonen-Welle 70 stets ein transversal polarisiertes magnetisches Feld aufweist, führt nur der TM- Mode 61 des Eingangslichtsignals 60 zu einer Anregung der Oberflächen-Plasmonen-Welle 70. Der TE-Mode 62 zeigt dagegen keine Wechselwirkung mit der Oberflächen-Plasmonen-Welle 70. Dementsprechend wird bei der Reflexion an dem Faser-Bragg- Gitter 20 auch nur der TM-Mode 61 durch die Anwesenheit des Analyten 50 beeinflusst. So verschiebt sich der spektrale Schwerpunkt des TM-Modes 81 im Ausgangslichtsignal 80 bei Er höhung des Brechungsindex in dem Analyten 50 von beispiels weise n=1,41 auf n=1,42 um etwa 0,5 nm. Der TE-Mode 82 bleibt dagegen davon praktisch unberührt. Er wird nur durch die Um gebungsbedingungen, wie z. B. Temperatur und Druck, beein flusst. Auch der TM-Mode 81 unterliegt diesen Umgebungsein flüssen. Eine Temperaturänderung um 1°K verschiebt den spekt ralen Schwerpunkt beider Moden 81 und 82 im Ausgangslichtsig nal 80 etwa um jeweils 5 pm.

Damit kann ein kompensierter Messwert für den Brechungsindex und damit den Analyten 50 ermittelt werden. So ist bereits die einfache Differenz zwischen den spektralen Schwerpunkten des TM- und des TE-Modes ein weitgehend von den Umgebungsein flüssen bereinigter Messwert für den Brechungsindex. Sie gibt dann die Temperaturabhängigkeit des Brechungsindex des Analy ten 50 an.

Mit einem entsprechend hochauflösenden Detektor, beispiels weise einem Polychromator mit einer Auflösung von 27 pm/Pixel und einem Vergleich mit einer festen Referenzwellenlänge, lassen sich die spektralen Schwerpunkte der beiden Moden 81 und 82 im Ausgangslichtsignal 80 mit einer Genauigkeit von 0,5 pm bestimmen.

Durch Messung bei verschiedenen bekannten Analyten 50 wird die Charakteristik des faseroptischen Sensors 101 kalibriert. Die Zuordnung zwischen ermittelten Brechungsindices und je weils zugehörigem Analyten 50 wird in der Sende- /Empfangseinheit beispielsweise als Look-up-Tabelle hinter legt.

In einer besonderen Ausführungsform des Sensors 101 von Fig. 1 besteht die Metallschicht 30 aus einer Palladium-Nickel- Legierung mit einer Dicke von etwa 200 nm. Dadurch erhält man einen Sensor 101, der auf Wasserstoff als Analyt 50 empfind lich ist.

In Fig. 3 ist ein faseroptischer Sensor 102 dargestellt, der sich von dem faseroptischen Sensor 101 von Fig. 1 durch eine zusätzlich auf die Metallschicht 30 aufgebrachte Hilfsschicht 40 unterscheidet. Der flüssige oder gasförmige Analyt 50 wird entweder in Poren der Hilfsschicht 40 absorbiert oder lagert sich nach einer entsprechenden chemischen Reaktion an der Oberfläche der Hilfsschicht 40 an. Die Menge des Analyten 50, die durch die Hilfsschicht 40 gebunden wird, bestimmt dann den resultierenden Wert des Brechungsindex im Bereich des evaneszenten Felds 71 der Oberflächen-Plasmonen-Welle 70. Entsprechend verschiebt sich dann wiederum der spektrale Schwerpunkt des TM-Modes 61. Die Hilfsschicht 40 besteht im Beispiel von Fig. 3 aus aufgedampftem, porösem Siliciumoxid. Damit kann Luftfeuchtigkeit detektiert werden.

Eine andere Ausgestaltung des optischen Sensors 102 von Fig. 3 ist in Fig. 4 dargestellt. Der mit dem Bezugszeichen 103 bezeichnete faseroptische Sensor enthält zusätzlich zwischen der Metallschicht 30 und der Hilfsschicht 40 eine erste An passschicht 35. Mittels einer solchen ersten Anpassschicht 35 kann der empfindliche Bereich für die Detektion des Bre chungsindex des Analyten 50 verschoben werden. Im vorliegen den Ausführungsbeispiel wird eine erste Anpassschicht 35 aus Siliciumtitanoxid mit einer Dicke von 100 nm aufgebracht. Während ohne derartige erste Anpassschicht 35 ein Kohlenwas serstoff mit einem Brechungsindex in der Größenordnung von n=1,43 detektierbar ist, ermöglicht die erste Anpassschicht 35 aus Siliciumtitanoxid die Detektion einer wässrigen Lösung mit einem Brechungsindex in der Größenordnung von n=1,34. In beiden Fällen sind verschiedene Ausprägungen des Analyten 50 in den jeweiligen Brechungsindexbereichen mit hoher Empfind lichkeit voneinander unterscheidbar.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen faseroptischen Sensor 104 ergibt sich aus Fig. 5. Bei diesem Beispiel ist unter der Metallschicht 30 eine zweite Anpassschicht 25 vor gesehen. Die zweite Anpassschicht 25 besteht aus Lithiumfluo rid und hat eine Dicke von 100 nm bis 200 nm. Lithiumfluorid hat mit 1,42 einen niedrigeren Brechungsindex als das für den Kern 11 des Lichtwellenleiters 10 verwendete Quarzglas (n=1,46). Durch eine derartige zweite Anpassschicht 25 kann die Güte der Oberflächen-Plasmonen-Resonanz und damit die Sensorempfindlichkeit gesteigert werden. Vorteilhaft wird hierzu ein Material mit einer niedrig doppelbrechenden Eigen schaft verwendet.

In Fig. 6 ist eine optische Messeinrichtung 200 gezeigt, die ein Sensornetzwerk 270 mit mehreren faseroptischen Sensoren 111, 112 und 113 beinhaltet. Bei Bedarf können auch noch wei tere faseroptische Sensoren vorgesehen sein. Die faseropti schen Sensoren 111, 112 und 113 sind auf jeweils unterschied liche Analyten 51, 52 bzw. 43 sensitiv und haben jeweils eine voneinander verschiedene Bragg-Wellenlänge λ1, λ2 bzw. λ3. Dadurch lassen sich die von den faseroptischen Sensoren 111, 112 und 113 jeweils generierten Ausgangssignale 801, 802 bzw. 803 anhand ihrer spektralen Lage voneinander trennen. Die Er zeugung eines in das Sensornetzwerk 270 einzuspeisende Ein gangslichtsignals 60 sowie die Auswertung der Ausgangssignale 801, 802 und 803 erfolgt in einer Sende-/Empfangseinheit 250.

Mittels einer als Superlumineszenzdiode (SLD-361 von Super lum) ausgebildeten Lichtquelle 251 der Sende-/Empfangseinheit 250 wird ein breitbandiges Lichtsignal erzeugt, dessen spekt rale Bandbreite von etwa 820 nm bis etwa 850 nm reicht und insbesondere alle Bragg-Wellenlänge λ1, λ2 und λ3 umfasst. Ein der Lichtquelle 251 optional nachgeschalteter Polarisator 252 erzeugt polarisiertes Licht 65, aus dem nach Durchlaufen eines Faserkopplers 260 mittels eines Polarisationsstellers 265 das in das Sensornetzwerk 270 eingespeiste Eingangslicht signal 60 generiert wird. Dazu ist der Polarisationssteller 265 als 45°-Fasersplice ausgebildet. Diese Faserverbindung ist so ausgeführt, dass das polarisierte Lichtsignal 65 unter 45° zu den beiden Faser-Hauptachsen des Lichtwellenleiters 10 eingespeist wird. Dann enthält das Eingangslichtsignal 60 so wohl den TM- als auch den TE-Mode.

Im Beispiel von Fig. 6 ist der hoch doppelbrechende Licht wellenleiter 10 für den Aufbau des gesamten Sensornetzwerks 270 verwendet. Bei einer nicht gezeigten Ausführungsform kann der hoch doppelbrechende Lichtwellenleiter 10 jedoch auch je weils nur zum unmittelbaren Aufbau der Sensoren 111, 112 und 113 eingesetzt werden. Die Sensoren 111, 112 und 113 sind dann untereinander mit einem anderen Lichtwellenleiter, der kein spezielles doppelbrechendes Verhalten aufweist, verbun den.

Der Faserkoppler 260 bewirkt, dass das polarisierte Lichtsig nal 65 dem Sensornetzwerk 270 und die reflektierten Ausgangs signale 801, 802 und 803 einem Detektor 253 der Sende- /Empfangseinheit 250 zugeführt werden.

Die faseroptischen Sensoren 111, 112 und 113 haben eine der in den vorherigen Fig. 1 und 3 bis 5 gezeigten prinzipiel len Ausführungsformen. Damit steht für jeden der Sensoren 111, 112 und 113 nach einer entsprechenden spektralen Auswer tung der Ausgangssignale 801, 802 und 803 in der Sende- /Empfangseinheit 250 neben einem auf dem TM-Mode basierenden Messsignal auch ein auf dem TE-Mode basierendes Referenzsig nal zur Verfügung.

Der zur spektralen Selektion eingesetzte Detektor 253 hat ei ne ausreichend hohe Auflösung. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen Polychromator mit einer Auflösung von 27 pm/Pixel. Über einen zusätzlichen Vergleich mit einer fes ten Referenzwellenlänge kann damit eine Wellenlängenauflösung in der Größenordnung von 0,5 pm erreicht werden.

Aus den vom Detektor 253 mittels spektraler Selektion für die Ausgangssignale 801, 802 und 803 jeweils erzeugten Mess- und Referenzsignalen werden in einer Auswerteeinheit 254 die Messergebnisse für die zu bestimmenden Analyten 51, 52 und 53 ermittelt.

Claims

1. Faseroptischer Sensor zur Bestimmung eines Analyten (50) mit mindestens einem ummantelten Lichtwellenleiter (10), der einen Interaktionsbereich (13) zur Wechselwirkung mit dem Analyten (50) aufweist, in welchem Interaktionsbereich (13)

a) der Lichtwellenleiter (10) mit einem Faser-Bragg-Gitter (20) versehen ist,
b) der Mantel (12) des Lichtwellenleiters (10) zumindest teilweise entfernt ist,
c) eine Metallschicht (30) im Bereich mit zumindest teilweise entferntem Mantel (12) auf dem Lichtwellenleiter (10) an geordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass
d) der Lichtwellenleiter (10) zumindest in dem Interaktions bereich (13) eine hohe Doppelbrechung mit einer Beat-Länge von höchstens 4 mm aufweist.

2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass der Lichtwellenleiter (10) zumindest in dem Interaktionsbereich (13) eine Beat-Länge von höchstens 2 mm aufweist.

3. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, dass der Lichtwellenleiter (10) zumindest in dem Interaktionsbereich (13) formanisotrop aus gebildet ist.

4. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass die Metall schicht (30) eine Dicke von höchstens 1 µm aufweist.

5. Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, dass die Metallschicht (30) eine Dicke von höchstens 50 nm aufweist.

6. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass die Metall schicht (30) aus einem Material einer ersten Materialgruppe Gold, Silber, Aluminium und Palladium besteht oder zumindest ein Material der ersten Materialgruppe enthält.

7. Sensor nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, dass die Metallschicht (30) aus einer Palladium-Legierung, insbesondere einer Palladium-Nickel- Legierung, besteht.

8. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass auf der Me tallschicht (30) eine Hilfsschicht (40) angeordnet ist.

9. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass auf der Me tallschicht (30) eine erste Anpassschicht (35) angeordnet ist.

10. Sensor nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, dass die erste Anpassschicht (35) aus ei nem Material besteht, dessen Brechungsindex größer ist als der des Kerns (11) des Lichtwellenleiters (10).

11. Sensor nach Anspruch 10, dadurch gekenn zeichnet, dass die erste Anpassschicht (35) aus ei nem Material einer zweiten Materialgruppe aus Tantalpentoxid, Siliciumtitanoxid, Siliciumoxynitrid und Polyvinylidenen be steht oder zumindest ein Material der zweiten Materialgruppe enthält.

12. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass zwischen dem Lichtwellenleiter (10) und der Metallschicht (30) eine zweite Anpassschicht (25) angeordnet ist.

13. Sensor nach Anspruch 12, dadurch gekenn zeichnet, dass die zweite Anpassschicht (25) aus einem Material besteht, dessen Brechungsindex kleiner ist als der des Kerns (11) des Lichtwellenleiters (10).

14. Sensor nach Anspruch 13, dadurch gekenn zeichnet, dass die zweite Anpassschicht (25) aus einem Material einer dritten Materialgruppe aus Magnesiumflu orid, Calciumfluorid, Lithiumfluorid und Kryolith besteht oder zumindest ein Material der dritten Materialgruppe ent hält.

15. Verwendung mindestens eines faseroptischen Sensors nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einer optischen Mess einrichtung (200) zur Bestimmung mindestens eines Analyten (51, 52, 53), wobei zwei in den Lichtwellenleiter (10) einge speiste zueinander orthogonale Ausbreitungsmoden (61, 62) in dem Faser-Bragg-Gitter (20) eine in einer Sende- /Empfangseinheit (250) voneinander selektierbare spektrale Beeinflussung erfahren, nur die spektrale Beeinflussung des ersten Ausbreitungsmodes (61) von dem Analyten (51, 52, 53) abhängt, und die spektrale Beeinflussung des zweiten Ausbrei tungsmodes (62) als Referenz verwendet wird.

16. Verwendung mindestens eines faseroptischen Sensors nach einem der Ansprüche 1 bis 14 in einer optischen Messeinrich tung (200) zur Bestimmung eines Analyten (51, 52, 53), wobei zwei zueinander orthogonale Ausbreitungsmoden (61, 62) gleichzeitig in den Lichtwellenleiter (10) eingespeist werden und in dem Faser-Bragg-Gitter (20) eine voneinander selek tierbare spektrale Beeinflussung erfahren.