Дослідники Королівського технологічного інституту (KTH) у Швеції та Саутгемптонського університету у Британії розробили пласке стрічкове оптоволокно HARFF (High Aspect Ratio Flat Fiber). Воно реагує на тиск у 1000 разів чутливіше за традиційне кругле волокно. З однієї заготовини команда вже витягнула понад 120 метрів волокна, підтвердивши, що технологію можна масштабувати.
Секрет — у формі. Інженери не сплющують готове кругле волокно, а одразу формують заготовину як плоску стрічку зі співвідношенням сторін до 20:1. Завдяки цьому внутрішні канали, повітряні порожнини та розташування хвилеводу стають незалежними параметрами. Інженер сам визначає, де скло під час витяжки гнутиметься, а де лишатиметься жорстким.
Для датчика тиску команда зробила в стрічці два видовжені повітряні канали. Коли на волокно тисне зовнішня сила, канали деформуються нерівномірно. У склі виникає асиметричне напруження, і світло по-різному заломлюється залежно від напрямку поляризації. Дві однакові волоконні решітки Брегга, вбудовані в стрічку, утворюють оптичний резонатор — інтерференційна картина світла в ньому зміщується пропорційно до тиску.
У випробуваннях при тиску 0,40 МПа чутливість волокна сягнула 31,6 радіана на мегапаскаль. Це на три порядки вище, ніж показує аналогічне кругле волокно. Температура при цьому впливає на результат мінімально: перехресна чутливість до неї не перевищує 1% від показника тиску.
Підписуйтесь на Mediasat у Telegram: тут найцікавіші новини ТБ та телекому
Для вимірювання температури інженери заповнили внутрішній канал HARFF олов’яним сплавом. Його коефіцієнт теплового розширення у 46 разів вищий, ніж у кремнезему, з якого зроблене саме волокно. Коли сплав нагрівається, він розширюється набагато сильніше за навколишнє скло й тисне на нього зсередини. Це створює механічне напруження, яке так само змінює оптичні властивості стрічки, як і зовнішній тиск у датчику вище.
«Це не просто інше волокно на вигляд — це новий простір для проєктування оптичних волокон», — підсумував дослідник KTH Павло Маневський.
Наразі HARFF лишається лабораторним зразком. Оптичні втрати становлять близько 0,16 дБ/м, що поки вище за комерційні аналоги. Дослідники хочуть поліпшити контроль над формою волокна під час витяжки та зменшити втрати. У перспективі такі волокна-датчики можуть вбудовувати в крила дронів, мости, промислові конструкції та батареї.
Нагадаємо, раніше японська компанія NTT вже створила магістральне оптоволокно, яке передає вчетверо більше даних без зміни товщини кабелю. Також повідомлялося, що фізики створили оптоволокно, у якому світло саме обходить дефекти й вигини.
