Инженеры из шведского Королевского технологического института (KTH) и британского Саутгемптонского университета решили, что круглое оптоволокно — это слишком скучно. Они разработали плоскую ленточную версию под названием HARFF (High Aspect Ratio Flat Fiber), которая реагирует на физические воздействия в 1000 раз чувствительнее обычных цилиндрических световодов. Это не просто маркетинговый трюк, а серьезный технический прорыв.
Геометрия решает
Секрет кроется в форме. Вместо того чтобы пытаться сплющить готовое круглое волокно, команда начала с нуля, формируя заготовку как плоскую ленту. Соотношение сторон достигает 20:1. Такая геометрия дает инженерам полный контроль: они могут точно определять, где стекло будет гнуться, а где жестко сопротивляться деформации. Внутренние каналы, воздушные полости и положение волновода становятся независимыми переменными для настройки.
Для проверки жизнеспособности технологии исследователи уже вытянули более 120 метров такого необычного волокна из одной заготовки. Пока что это лабораторный образец, но факт того, что его можно производить в длинных отрезках, говорит о перспективах масштабирования.
Как это работает
Принцип действия основан на изменении оптических свойств стекла при механическом напряжении. Для датчика давления в структуре HARFF созданы два вытянутых воздушных канала. Когда на волокно давят, эти каналы деформируются асимметрично, что вызывает изменение двулучепреломления. Внутри волокна размещены две идентичные волоконные брэгговские решетки, образующие оптический резонатор. Любое давление сдвигает интерференционную картину, и этот сдвиг прямо пропорционален силе воздействия.
Результаты испытаний впечатляют. При давлении 0,40 МПа чувствительность достигла 31,6 радиан/МПа. Это на три порядка выше показателей сопоставимых круглых волокон. При этом температурная перекрёстная чувствительность минимальна — менее 1% от сигнала давления, что критично для точных измерений.
Температура и будущее
Технология HARFF универсальна. Она подходит не только для измерения давления, но и для контроля температуры. Чтобы реализовать этот функционал, внутренний канал заполнили оловянным сплавом. Его коэффициент теплового расширения в 46 раз выше, чем у самого стекла (кремнезёма). При нагреве сплав расширяется сильнее, создавая мощное механическое напряжение в стекле, что снова меняет двулучепреломление и регистрируется системой.
Пока что оптические потери составляют около 0,16 дБ/м, что требует доработки. Исследователь KTH Павел Маневский отметил, что это открывает новое пространство для проектирования оптических волокон. Основные цели команды — улучшить контроль формы, снизить потери и интегрировать такие волокна в крылья дронов, мосты, промышленные конструкции и даже батареи.
