Optische vezels maken ons internettijdperk mogelijk, omdat ze enorme hoeveelheden gegevens over de hele wereld vervoeren. Vezels zijn ook een uitstekend sensorplatform. Ze kunnen honderden kilometers reiken, gewoon ingebed in structuren, en kan worden geïnstalleerd in een gevaarlijke omgeving waar het gebruik van elektriciteit is verboden. Echter, optische vezelsensoren hebben ook te maken met een inherente, fundamentele uitdaging.

"Alles wat het licht aanraakt is ons koninkrijk, ", zegt promovendus Hagai Diamandi van de Faculteit Ingenieurswetenschappen aan de Bar-Ilan University in Israël. "Daarin, we bedoelen te zeggen dat elke optische meting vereist dat licht het te testen medium moet raken." Standaard optische vezels, echter, zijn ontworpen om precies het tegenovergestelde te doen. "Standaardvezels zijn gemaakt van een glazen bekleding, met een veel dunner, binnenste kern, " vervolgt Diamandi. "Licht wordt geleid in de binnenste kern, en er wordt alles aan gedaan om te voorkomen dat er licht naar buiten lekt. Een stof die wordt getest, in de meeste gevallen, ligt buiten de veel grotere bekleding. Helaas, geleid licht raakt niet veel van de buitenwereld."

Een mogelijke oplossing is beschikbaar op basis van andere vormen van vermeerdering in dezelfde vezel. Promovendus Yosef London legt uit:"Naast de core-modus, licht kan zich in de vezel voortplanten door de hele bekleding op te vullen. In dat geval, het kan 'voelen' wat er buiten is." Maar hoe krijg je licht om van de 'normale' kernmodus naar die bekledingsmodi te schakelen? Londen vervolgt:"Hier zit een addertje onder het gras. Koppeling met de bekledingsmodi vereist de inscriptie van permanente, periodieke verstoringen in het vezelmedium, 'roosters' genoemd. Roosters zijn geschreven op specifieke, discrete locaties. Je kunt ze niet wissen of verplaatsen." Om die reden, cladding mode sensoren zijn beperkt tot puntmetingen alleen.

De belangrijkste kracht van optische vezelsensoren is ruimtelijk verdeelde analyse, waarbij elk vezelsegment fungeert als een onafhankelijk meetknooppunt. Bekledingsmodi konden geen gedistribueerde metingen ondersteunen, tot nu. Het doorbraakidee kwam van een derde promovendus in de groep, Gil Bashan:"Er is een alternatief voor het gebruik van roosters. We kunnen in plaats daarvan twee sterke optische golven in de vezel lanceren. Als hun frequenties correct zijn gekozen, de twee golven kunnen akoestische trillingen veroorzaken in de kern van de vezel, bij zeer hoge hypersonische frequenties. Die akoestische golven worden onze roosters." Het principe staat bekend als Brillouin dynamische roosters. In tegenstelling tot permanente inscriptie, De dynamische roosters van Brillouin kunnen naar believen worden in- en uitgeschakeld. Ze kunnen ook worden beperkt tot korte segmenten van willekeurige locaties, en langs de vezel gescand. "Het principe wordt al meer dan tien jaar gebruikt tussen kernmodi van vezels, "zegt Bashan. "We dragen het over aan de bekledingsmodi."

In een onlangs gepubliceerd artikel in optiek logboek, de groep rapporteert een gedistribueerde bekledingsmodus vezelsensor, een primeur in zijn soort. Daarbij, ze moesten aanzienlijke hindernissen overwinnen. Adviseur prof.dr. Avi Zadok legt uit:"Er is een groot verschil in grootte tussen kern- en bekledingsmodi. Kernmodi zijn beperkt tot een zeer krappe regio. Bekledingsmodi verspreid over een 200 keer groter gebied. Om die reden, we waren bang dat de koppeling tussen de twee modi zwak en inefficiënt zou zijn." het team kon de nauwkeurige meting van brekingsindex buiten de bekledingsgrens van norm tonen, ongemodificeerde optische vezel. De ruimtelijke resolutie van de metingen was acht centimeter. De analyse identificeerde correct korte vezelsecties ondergedompeld in water en ethanol, en duidelijk onderscheid tussen de twee. De onzekerheid in indexmetingen was in de vierde decimaal.

Prof. Zadok concludeert:"We hebben een nieuw concept van optische vezelsensoren gedemonstreerd. Het pakt een decennialange uitdaging aan:het gedistribueerd in kaart brengen van de brekingsindex buiten de bekleding van standaardvezel, waar het licht niet komt." De sensor kan worden gebruikt voor lekdetectie in vitale infrastructuur, en procesbewaking in de petrochemische industrie, ontziltingsinstallaties, voedsel- en drankproductie en meer.