In de afgelopen jaren hebben optische vezels gediend als sensoren om veranderingen in temperatuur te detecteren, als een thermometer, en druk, als een kunstmatige zenuw. Deze techniek is vooral nuttig in constructies zoals bruggen en gaspijpleidingen.

EPFL-onderzoekers hebben nu een nieuwe methode bedacht waarmee optische vezels kunnen bepalen of ze in contact zijn met een vloeistof of een vaste stof. Dit wordt bereikt door simpelweg een geluidsgolf te genereren met behulp van een lichtstraal in de vezel. De studie werd uitgevoerd door de Group for Fiber Optics (GFO) geleid door Luc Thévenaz binnen de School of Engineering en is gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

Een sensor die het licht niet verstoort

Niet breder dan een haarlok, een optische vezel van glas laat licht door dat varieert volgens vier parameters:intensiteit, fase, polarisatie en golflengte. Deze parameters worden gewijzigd wanneer de vezel wordt uitgerekt of de temperatuur verandert, waardoor de vezel als een sensor kan werken door scheuren in structuren of abnormale temperaturen te detecteren. Maar tot nu toe was het niet mogelijk om te bepalen wat er rond de vezel gebeurde zonder dat er licht uit de vezel ontsnapt, die zijn pad verstoort.

De bij EPFL ontwikkelde methode maakt gebruik van een geluidsgolf die in de vezel wordt gegenereerd. Het is een hyperfrequente golf die regelmatig tegen de vezelwanden weerkaatst. Deze echo varieert op verschillende locaties, afhankelijk van het materiaal waarmee de golf in contact komt. De echo's laten een afdruk achter op het licht die kan worden gelezen wanneer de straal de vezel verlaat, waardoor de omgeving van de vezel in kaart kan worden gebracht. Deze afdruk is zo zwak dat hij het licht dat zich in de vezel voortplant nauwelijks verstoort. De methode kan worden gebruikt om te detecteren wat er rond een vezel gebeurt en tegelijkertijd op licht gebaseerde informatie te verzenden.

De onderzoekers hebben hun vezels al ondergedompeld in water en daarna in alcohol, voordat u ze in de open lucht laat. Elke keer, hun systeem was in staat om de verandering in de omgeving correct te identificeren. "Onze techniek zal het mogelijk maken om waterlekkage op te sporen, evenals de dichtheid en het zoutgehalte van vloeistoffen die in contact komen met de vezel. Er zijn veel mogelijke toepassingen, ", zegt Thévenaz.

Ruimtelijke en temporele detectie

Deze veranderingen in de omgeving worden gelokaliseerd dankzij een eenvoudige tijdgebaseerde methode. "Elke golfimpuls wordt gegenereerd met een kleine vertraging. En deze vertraging wordt weerspiegeld bij de aankomst van de straal. Als er onderweg storingen waren, we kunnen allebei zien wat ze waren en hun locatie bepalen, " legt Thévenaz uit. "Voorlopig, we kunnen storingen tot op ongeveer tien meter lokaliseren, maar we hebben de technische middelen om onze nauwkeurigheid te verhogen tot een meter."

Het idee om een ​​geluidsgolf in optische vezels te gebruiken, kwam oorspronkelijk van de partneronderzoekers van het team aan de Bar-Ilan University in Israël. Gezamenlijke onderzoeksprojecten moeten volgen.