Плоские оптические волокна из чистого стекла оказались в тысячу раз чувствительнее традиционных кабелей

Команда исследователей из Королевского технологического института КТ в Швеции и Саутгемптонского университета в Великобритании создала плоское ленточное оптическое волокно ХАРФФ (Хигх Аспект Ратио Флат Фибер), которое демонстрирует чувствительность к физическим воздействиям в тысячу раз выше, чем у традиционных цилиндрических световодов. По данным иксбт.ком, ученые доказали практическую применимость этого необычного материала, сумев вытянуть более 120 метров волокна из одной заготовки. Об этом сообщает Иксбт.ком.

Новая геометрия и инженерный подход

Главный секрет этого изобретения кроется в его уникальной геометрии. Вместо того чтобы просто сплющивать обычные круглые волокна, специалисты с самого начала сформировали заготовку в виде плоской ленты с соотношением сторон до 20:1. В результате расположение внутренних каналов, воздушных полостей и волновода стало независимыми переменными. Это позволяет инженеру точно проектировать, в какой точке стекло будет изгибаться, а где — оказывать сопротивление.

Для создания датчика давления исследователи сформировали два вытянутых воздушных канала. В процессе деформации в них возникает асимметричное напряжение, что меняет свойство двойного лучепреломления стекла. Два идентичных волоконных брэгговских решетки формируют оптический резонатор, и интерференционная картина смещается пропорционально давлению.

Проведенные испытания показали, что при давлении 0,40 МПа чувствительность достигает 31,6 радиан/МПа. Это на три порядка выше, чем у аналогичных круглых волокон. При этом температурная перекрестная чувствительность составила менее 1 процента от показателя давления.

Возможности измерения температуры

Для обеспечения функции измерения температуры внутренний канал ХАРФФ был заполнен оловянным сплавом, коэффициент теплового расширения которого в 46 раз выше, чем у кремния. При нагревании в стекле возникает сильное механическое напряжение, что также приводит к изменению показателя двойного лучепреломления.

Исследователь КТ Павел Маневский отметил, что данная разработка — это не просто волокно другой формы, а совершенно новое пространство для проектирования волоконно-оптических технологий. Пока ХАРФФ сохраняет статус лабораторного образца, а его оптические потери составляют около 0,16 дБ на метр.

В будущем специалисты планируют улучшить контроль формы, снизить потери, а также успешно внедрить эти инновационные волокна в крылья дронов, крупные мосты, промышленные конструкции и аккумуляторы.