Fibersensorer kan efterlade jakken

Optiske fibre muliggør internet, og de er praktisk talt overalt:under jorden og under havene. Fibre kan mere end bare bære information:de er også fantastiske sensorer. Hårtynde optiske fibre understøtter målinger over hundredvis af km, kan være indlejret i næsten enhver struktur, operere i farlige miljøer og modstå elektromagnetisk interferens.

For nylig lettede et stort gennembrud inden for optiske fibersensorer kortlægningen af ​​væsker uden for glasfiberens grænse, selvom guidet lys i fiberen aldrig når dertil. Sådanne tilsyneladende paradoksale målinger er baseret på det fysiske princip om opto-mekanik. Udbredelse af lys, i sig selv, er tilstrækkelig til at fremkalde ultralydsbølger i den optiske fiber. Disse ultralydsbølger, på tur, kan undersøge fiberens omgivelser, ligner ultralydsbilleddannelse, der er almindelig inden for medicinsk diagnostik. Analysen af ​​væsker uden for km fiber blev rapporteret uafhængigt af forskere fra Bar-Ilan University, Israel og EPFL, Schweiz.

De hidtil opnåede resultater led alle, imidlertid, fra en stor ulempe:Den tynde glasfiber beskyttende polymerbelægning skulle først fjernes. Uden en sådan beskyttende belægning, eller "jakke", som det ofte omtales, nøgne fibre med en diameter på 125 mikrometer har ikke stor chance. Man kan ikke overveje anvendelsen af ​​kilometerlange, ubeskyttede optiske fibre uden for forskningslaboratoriet. Desværre, standardbelægningen af ​​fibre er lavet med et indre lag af akrylpolymer, der er ekstremt kompatibelt. Laget absorberer fuldstændigt ultralydsbølger, der kommer ud af den optiske fiber, og forhindrer dem i at nå ethvert medie under test. Tilstedeværelsen af ​​belægning repræsenterer endnu en barriere, som sensorkonceptet skal overvinde.

Løsningen på denne udfordring kommer i form af en anden, passende belægning. Kommercielt tilgængelige fibre kan også beskyttes af en kappe lavet af polyimid. Det specifikke materiale blev oprindeligt foreslået til beskyttelse af fiberen ved høje temperaturer. Imidlertid, nylige undersøgelser på Bar-Ilan og EPFL har vist, at polyimidbelægningen også giver transmission af ultralyd. Konsekvenserne er betydelige:forskere ved Bar-Ilan University rapporterer i en ny artikel, der er offentliggjort i tidsskriftet Anvendt fysik bogstaver - Fotonik at de nu er i stand til at udføre opto-mekanisk sansning og analyse af medier, der ligger uden for beskyttede fibre, som kan implementeres i rigtige scenarier.

"Polyimid -belægning lader os nyde det bedste fra begge verdener, "siger prof. Avi Zadok fra Det Tekniske Fakultet, Bar-Ilan Universitet. "Det giver fiberen en grad af beskyttelse, sammen med mekanisk forbindelse med omverdenen. "Zadok og forskerstudenter Hilel Hagai Diamandi, Yosef London og Gil Bashan udførte en grundig analyse af lys-lyd-interaktioner i coatede fibre. Leddestrukturen understøtter et væld af elastiske tilstande, som udviser kompleks koblingsdynamik. "Vores analyse viser, at den opto-mekaniske adfærd er meget mere kompleks end en fiber, "siger Zadok." Resultaterne afhænger stærkt af sub-mikron tolerancer i tykkelse og geometri af belægningslaget. En korrekt kalibreringsform er obligatorisk. "

På trods af denne ekstra vanskelighed, kortlægningen af ​​væsker uden for coatede fibre er blevet demonstreret eksperimentelt. Gruppen opnåede sensing over 1,6 km polyimidbelagt fiber, som var nedsænket i vand det meste af sin længde. En 200 meter lang sektion, imidlertid, blev holdt i ethanol i stedet. Målingerne skelner mellem de to væsker, og lokaliser sektionen placeret i ethanol korrekt. Resultaterne repræsenterer en vigtig milepæl for dette up and coming sensorkoncept. "En mulig applikation, "siger prof. Zadok, "er overvågning af kunstvanding. Tilstedeværelsen af ​​vand ændrer belægningens egenskaber. Vores måleprotokol er i stand til at identificere sådanne ændringer." Løbende arbejde er dedikeret til at forbedre rækkevidden, målingernes opløsning og præcision.