Исследователи Королевского технологического института (KTH) в Швеции и Саутгемптонского университета в Британии разработали плоское ленточное оптоволокно HARFF (High Aspect Ratio Flat Fiber). Оно реагирует на давление в 1000 раз чувствительнее, чем традиционное круглое волокно. Из одной заготовки команда уже вытянула более 120 метров волокна, подтвердив, что технологию можно масштабировать.
Секрет — в форме. Инженеры не сплющивают готовое круглое волокно, а сразу формируют заготовку как плоскую ленту с соотношением сторон до 20:1. Благодаря этому внутренние каналы, воздушные полости и расположение волновода становятся независимыми параметрами. Инженер сам определяет, где стекло во время вытяжки будет гнуться, а где останется жестким.
Для датчика давления команда сделала в ленте два удлиненных воздушных канала. Когда на волокно давит внешняя сила, каналы деформируются неравномерно. В стекле возникает асимметричное напряжение, и свет по-разному преломляется в зависимости от направления поляризации. Две одинаковые волоконные решетки Брэгга, встроенные в ленту, образуют оптический резонатор — интерференционная картина света в нем смещается пропорционально давлению.
В испытаниях при давлении 0,40 МПа чувствительность волокна достигла 31,6 радиана на мегапаскаль. Это на три порядка выше, чем показывает аналогичное круглое волокно. Температура при этом влияет на результат минимально: перекрестная чувствительность к ней не превышает 1% от показателя давления.
Подписывайтесь на Mediasat в Telegram: здесь самые интересные новости из мира технологий
Для измерения температуры инженеры заполнили внутренний канал HARFF оловянным сплавом. Его коэффициент теплового расширения в 46 раз выше, чем у кремнезема, из которого сделано само волокно. Когда сплав нагревается, он расширяется намного сильнее окружающего стекла и давит на него изнутри. Это создает механическое напряжение, которое так же меняет оптические свойства ленты, как и внешнее давление в датчике выше.
«Это не просто другое волокно на вид — это новое пространство для проектирования оптических волокон», — подытожил исследователь KTH Павел Маневский.
Пока HARFF остается лабораторным образцом. Оптические потери составляют около 0,16 дБ/м, что пока выше коммерческих аналогов. Исследователи хотят улучшить контроль над формой волокна во время вытяжки и снизить потери. В перспективе такие волокна-датчики могут встраивать в крылья дронов, мосты, промышленные конструкции и батареи.
Напомним, ранее японская компания NTT уже создала магистральное оптоволокно, которое передает вчетверо больше данных без изменения толщины кабеля.
Сообщалось также, что физики создали оптоволокно, в котором свет сам обходит дефекты и изгибы.
