Вчені створили плоске оптоволокно у тисячу разів чутливіше за звичайне

Дослідники зі шведського Королівського технологічного інституту та британського Саутгемптонського університету створили плоске стрічкове оптоволокно HARFF, яке реагує на фізичні впливи у тисячу разів чутливіше за традиційні циліндричні аналоги. Команді вже вдалося витягнути понад 120 метрів незвичного волокна з однієї заготовки, підтвердивши можливість його промислового виробництва.

Головний секрет розробки — у геометрії. Замість того щоб розплющувати звичайне кругле волокно, інженери від початку формують заготовку як плоску стрічку зі співвідношенням сторін до 20:1. Завдяки цьому внутрішні канали, повітряні порожнини та положення хвилеводу стають незалежними змінними, які можна налаштовувати окремо. По суті, інженер сам вирішує, де скло гнутиметься, а де чинитиме опір.

Для датчика тиску всередині волокна створили два витягнуті повітряні канали. При деформації в них виникає асиметричне напруження, яке змінює двозаломлення скла. Два ідентичні волоконні брегівські ґрати формують оптичний резонатор, а інтерференційна картина зміщується пропорційно до тиску.

Випробування показали чутливість до 31,6 радіана на мегапаскаль при навантаженні 0,40 МПа — це на три порядки вище, ніж у порівнянного круглого волокна. При цьому температурна перехресна чутливість становить менше одного відсотка від показника тиску, що свідчить про високу точність вимірювань.

Для вимірювання температури внутрішній канал HARFF заповнили олов’яним сплавом, чий коефіцієнт теплового розширення у 46 разів перевищує аналогічний показник кремнезему. Нагрівання створює потужне механічне напруження у склі й знову змінює двозаломлення — цей самий принцип працює і для температурних вимірювань.

«Це не просто волокно іншої форми — це абсолютно новий простір для проектування оптичних волокон», — прокоментував дослідник KTH Павел Маневський.

Наразі HARFF залишається лабораторним зразком із оптичними втратами близько 0,16 дБ/м. Подальші цілі команди — вдосконалити контроль форми, знизити втрати та інтегрувати волокна в крила дронів, мости, промислові конструкції й акумулятори.