以色列巴伊蘭大學(xué)的研究人員展示了一種新的光纖傳感器概念，該概念解決了長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年的挑戰(zhàn)：在標(biāo)準(zhǔn)光纖包層外進(jìn)行折射率分布映射，光無(wú)法到達(dá)的地方。該傳感器可用于關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的泄漏檢測(cè)，以及石化行業(yè)、海水淡化廠、食品和飲料生產(chǎn)等領(lǐng)域的過(guò)程監(jiān)控。在這張圖片中：沿著兩米長(zhǎng)的標(biāo)準(zhǔn)光纖對(duì)包層外的介質(zhì)進(jìn)行分布式映射。通過(guò)耦合到光纖包層模式的局部光譜可以清楚地識(shí)別浸入水和乙醇中的兩個(gè)短段。圖片來(lái)源：Avinoam Zadok 教授

光纖使我們的互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代成為可能，因?yàn)樗鼈冊(cè)谑澜绺鞯爻休d大量數(shù)據(jù)。光纖也是一個(gè)出色的傳感器平臺(tái)。它們可以達(dá)到數(shù)百公里，簡(jiǎn)單地嵌入結(jié)構(gòu)中，并且可以安裝在禁止使用電力的危險(xiǎn)環(huán)境中。然而，光纖傳感器也面臨著固有的基本挑戰(zhàn)。

以色列巴伊蘭大學(xué)工程學(xué)院的博士生 Hagai Diamandi 說(shuō)：“光線所觸及的一切都是我們的王國(guó)�！� “在那里，我們的意思是說(shuō)，任何光學(xué)測(cè)量都要求光應(yīng)該接觸被測(cè)介質(zhì)�！� 然而，標(biāo)準(zhǔn)光纖的設(shè)計(jì)正好相反�！皹�(biāo)準(zhǔn)光纖由玻璃包層制成，具有更薄的內(nèi)核，”Diamandi 繼續(xù)說(shuō)道。“光在內(nèi)核中被引導(dǎo)，并盡一切努力防止光泄漏到外面。在大多數(shù)情況下，被測(cè)試的物質(zhì)位于更大的包層之外。不幸的是，引導(dǎo)光并沒(méi)有觸及外部世界的大部分�！�

一種可能的解決方案是基于同一光纖中的其他傳播形式。博士生 Yosef London 解釋說(shuō)：“除了纖芯模式外，光還可以通過(guò)填充整個(gè)包層在光纖中傳播。在這種情況下，它可能會(huì)‘感覺(jué)到’外面的東西�！� 但是，如何讓光線從“正�！焙诵哪Ｊ角袚Q到那些包層模式？倫敦繼續(xù)說(shuō)：“這里有一個(gè)問(wèn)題。耦合到包層模式需要在光纖介質(zhì)中刻上永久的、周期性的擾動(dòng)，稱為‘光柵’。光柵被寫入特定的離散位置。你不能擦除它們或移動(dòng)它們。 " 因此，包層模式傳感器僅限于點(diǎn)測(cè)量。

光纖的主要強(qiáng)度傳感器是空間分布的分析，其中每個(gè)光纖段都作為一個(gè)獨(dú)立的測(cè)量節(jié)點(diǎn)。直到現(xiàn)在，包層模式還不能支持分布式測(cè)量。突破性的想法來(lái)自小組中的第三位博士生 Gil Bashan：“除了使用光柵之外，還有一個(gè)替代方案。我們可以將兩個(gè)強(qiáng)光波發(fā)射到光纖中。當(dāng)它們的頻率選擇正確時(shí)，這兩個(gè)波可以“在非常高的高超聲速下驅(qū)動(dòng)光纖核心內(nèi)的聲學(xué)振蕩。這些聲波成為我們的光柵。” 該原理被稱為布里淵動(dòng)態(tài)光柵。與永久銘文不同，布里淵動(dòng)態(tài)光柵可以隨意開(kāi)啟和關(guān)閉。它們也可以限制在任意位置的短段內(nèi)，并沿光纖掃描。"

在最近發(fā)表在Optica上的一篇論文中在期刊上，該小組報(bào)告了一種分布式包層模式光纖傳感器，這是同類產(chǎn)品中的第一個(gè)。為此，他們必須克服相當(dāng)大的障礙。顧問(wèn)教授 Avi Zadok 解釋說(shuō)：“芯模和包層模之間的尺寸差異很大。芯模被限制在一個(gè)非常狹窄的區(qū)域。包層模分布在大 200 倍的區(qū)域上。因此，我們擔(dān)心耦合兩種模式之間會(huì)很弱且效率低下�！� 盡管如此，該團(tuán)隊(duì)仍可以在標(biāo)準(zhǔn)未改性光纖的包層邊界外精確測(cè)量折射率。測(cè)量的空間分辨率為八厘米。分析正確識(shí)別了浸入水和乙醇中的短纖維部分，并清楚地區(qū)分了兩者。

Zadok 教授總結(jié)道：“我們展示了一種新的光纖傳感器概念。它解決了長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年的挑戰(zhàn)：在標(biāo)準(zhǔn)光纖的包層之外，光無(wú)法到達(dá)的地方的折射率分布映射�！� 該傳感器可用于關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的泄漏檢測(cè)，以及石化行業(yè)、海水淡化廠、食品和飲料生產(chǎn)等領(lǐng)域的過(guò)程監(jiān)控。