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- 展望光纖：研究人員展示了光纖傳感器的新概念
- 來源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2020/9/25
以色列Bar-Ilan大學(xué)的研究人員展示了光纖傳感器的新概念，該概念解決了長達(dá)數(shù)十年的挑戰(zhàn)：折射率分布在標(biāo)準(zhǔn)光纖包層之外的分布圖，其中光無法到達(dá)。該傳感器可用于關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施中的泄漏檢測，以及石化行業(yè)，海水淡化廠，食品和飲料生產(chǎn)等中的過程監(jiān)控。在此圖中：沿著兩米的標(biāo)準(zhǔn)光纖在包層外部分布媒體。通過耦合到光纖的包層模式的局部光譜可以清楚地識別出浸入水和乙醇中的兩個短段。信用：Avinoam Zadok教授
光纖在全球范圍內(nèi)承載大量數(shù)據(jù)，從而開啟了互聯(lián)網(wǎng)時代。光纖也是出色的傳感器平臺。它們可以延伸到數(shù)百公里以上，只需嵌入在建筑物中即可，并且可以安裝在禁止使用電力的危險環(huán)境中。但是，光纖傳感器也面臨著固有的根本挑戰(zhàn)。
以色列Bar-Ilan大學(xué)工程學(xué)院的博士生Hagai Diamandi說：“一切都是我們的王國�！� “也就是說，我們的意思是說任何光學(xué)測量都要求光線必須接觸被測介質(zhì)�！� 但是，標(biāo)準(zhǔn)光纖的設(shè)計(jì)恰好相反。Diamandi繼續(xù)說道：“標(biāo)準(zhǔn)纖維是由玻璃包層制成的，內(nèi)芯要薄得多�！� “光在內(nèi)核處被引導(dǎo)，并盡一切努力防止光泄漏到外部。在大多數(shù)情況下，一種被測物質(zhì)位于更大的覆層之外。不幸的是，引導(dǎo)光并沒有接觸到外界的大部分區(qū)域。 �！�
基于同一根光纖中其他形式的傳播，可能的解決方案是可用的。博士研究生約瑟夫·倫敦（Yosef London）解釋說：“除了核心模式，光還可以通過填充整個包層而在光纖中傳播。在這種情況下，它可能'感覺'外面的東西�！� 但是，如何從“正常”核心模式切換到那些覆層模式呢？倫敦繼續(xù)說：“這里有個陷阱。耦合到包層模式需要在光纖介質(zhì)中刻上永久性的周期性擾動，稱為'光柵'。光柵寫在特定的離散位置。您不能擦除它們或?qū)⑺鼈円苿印?” 因此，包層模式傳感器僅限于點(diǎn)測量。
光纖的主要強(qiáng)度傳感器是空間分布的分析，其中每個光纖段都用作獨(dú)立的測量節(jié)點(diǎn)。到目前為止，包層模式不支持分布式測量。突破性的想法來自該小組的第三位博士生Gil Bashan：“除了使用光柵，還有另一種選擇。我們可以向光纖發(fā)射兩個強(qiáng)光波。正確選擇它們的頻率后，兩個波可以以很高的超音速頻率驅(qū)動光纖芯內(nèi)的聲波振蕩，這些聲波成為我們的光柵�！� 該原理被稱為布里淵動態(tài)光柵。與永久銘文不同，布里淵動態(tài)光柵可以隨意打開和關(guān)閉。它們也可以限制在任意位置的短段中，并沿著光纖進(jìn)行掃描�！�
在Optica最近發(fā)表的一篇論文中該小組報(bào)道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。為此，他們必須克服相當(dāng)大的障礙。顧問Avi Zadok教授解釋說：“纖芯和包層模式之間的尺寸差異很大。纖芯模式被限制在非常狹窄的區(qū)域內(nèi)。包層模式分布在200倍的區(qū)域內(nèi)。因此，我們擔(dān)心耦合兩種模式之間的關(guān)系將是脆弱和低效的。” 盡管如此，該團(tuán)隊(duì)仍可以顯示出標(biāo)準(zhǔn)的，未改性的光纖的包層邊界之外的折射率的精確測量結(jié)果。測量值的空間分辨率為八厘米。該分析正確地識別出浸入水和乙醇中的短纖維段，并清楚地區(qū)分了兩者。
Zadok教授總結(jié)說：“我們已經(jīng)展示了光纖傳感器的新概念。它解決了幾十年的挑戰(zhàn)：折射率分布在標(biāo)準(zhǔn)光纖包層之外的分布，而光無法到達(dá)�！� 該傳感器可用于關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施中的泄漏檢測，以及石化行業(yè)，海水淡化廠，食品和飲料生產(chǎn)等中的過程監(jiān)控。
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