以色列研究人员展示了光纤传感器的新概念
光纤在全世界范围内承载大量数据，从而开启了互联网时代的序幕。光纤也是出色的传感器平台。它可以延伸到数百公里以上，只需嵌入在建筑物中，即可安装在禁止使用电力的危险环境中。但是，光纤传感器也面临着固有的根本挑战。
近日，以色列Bar-Ilan大学的研究人员展示了光纤传感器的新概念，该概念解决了数十年的挑战：折射率分布在标准光纤包层之外的分布图，在光纤无法到达的情况下。该传感器可用于关键基础设施中的泄漏检测、以及石化行业、海水淡化厂、食品和饮料生产等中的过程监控。在此图中：沿着两米的标准光纤在包层外部分布介质，通过耦合到光纤的包层模式的局部光谱可以清楚地识别出浸入水和乙醇中的两个短段。如下图所示：
以色列Bar-Ilan大学工程学院的博士生Hagai Diamandi说：“任何光学测量都要求光线必须接触被测介质。但是，标准光纤的设计恰好相反。标准纤维是由玻璃包层制成的，内芯要薄得多。光线在内核处被引导，并尽一切努力防止光线泄漏到外部。在大多数情况下，被测物质位于更大的覆层之外。不幸的是，引导的光线并未接触到外界的大部分区域。”
基于同一根光纤中其他形式的传播，可能的解决方案是可用的。博士研究生约瑟夫·伦敦（Yosef London）解释说：“除了核心模式，光还可以通过填充整个包层而在光纤中传播。在这种情况下，它可能'感觉'外面的东西。 但是，如何从“正常”核心模式切换到那些覆层模式呢？这里有个陷阱。耦合到包层模式需要在纤维介质中刻上永久性的周期性扰动，称为'光栅'。光栅写在特定的离散位置。您不能擦除它们或将它们移动。因此，包层模式传感器仅限于点测量。”
光纤的主要强度传感器是空间分布的分析，其中每个光纤段都用作独立的测量节点。到目前为止，包层模式不支持分布式测量。突破性的想法来自该小组的第三位博士生Gil Bashan：“除了使用光栅，还有另一种选择。我们可以向光纤发射两个强光波。正确选择它们的频率后，两个波可以以很高的超音速频率驱动光纤芯内的声波振荡，这些声波成为我们的光栅。 该原理被称为布里渊动态光栅。布里渊动态光栅可以随意打开和关闭。它们也可以限制在任意位置的短段中，并沿着光纤进行扫描。”
在最近发表的一篇论文中该小组报道了一种分布式包层模式光纤传感器，这是同类产品中的第一个。为此，他们必须克服相当大的障碍。Avi Zadok教授解释说：“纤芯和包层模式之间的尺寸差异很大。纤芯模式被限制在非常狭窄的区域内。包层模式分布在200倍的区域内。因此，我们担心耦合两种模式之间的关系将是脆弱而低效的。” 尽管如此，研究小组仍可以显示出标准未经修改的光纤包层边界之外的折射率的精确测量结果。测量的空间分辨率为八厘米。该分析正确地确定了浸入水和乙醇中的短纤维段，并清楚地区分了两者。
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张帅说传感
解读传感器发展趋势，洞悉传感器产业背后发展逻辑，关注企业、技术、市场、产品等。
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