De uitvinding van optische vezels heeft niet alleen een revolutie teweeggebracht in de telecommunicatie, maar ook in de sensortechnologie. Optische vezelsensoren kunnen spanning meten, temperatuur, druk, en vele andere fysieke parameters langs de vezels, maar ze zijn momenteel immuun voor elektromagnetische ruis - interferentie van andere externe elektrische of magnetische interacties. Het is een wenselijke eigenschap, totdat het effect van het elektromagnetische veld op de vezels gemeten moet worden. Nutsvoorzieningen, een internationaal team van onderzoekers heeft wat voorheen als een 'beschadigd' deel van een optische vezel werd beschouwd, gebruikt om zo'n magneetveldsensor te ontwikkelen.

Ze publiceerden details van hun aanpak op 5 november in Geavanceerd fotonica-onderzoek .

"Deze aard van immuniteit voor elektromagnetische ruis is een grote verdienste wanneer we spanning meten, temperatuur, enzovoort., onder sterke elektromagnetische veldomgevingen, " zei mede-auteur Yosuke Mizuno, universitair hoofddocent aan de Faculteit Ingenieurswetenschappen, Yokohama Nationale Universiteit. "Echter, het betekent tegelijkertijd dat het detecteren van elektromagnetische velden met behulp van optische vezels een grote uitdaging is, die we in dit artikel hebben aangepakt."

De onderzoekers maakten gebruik van een 'fiber fuse'-effect, die wordt opgewekt wanneer krachtig licht wordt geïnjecteerd in een optische vezel met krappe bochten, slechte connectoren, en andere niet-ideale omstandigheden. Wanneer krachtig licht wordt geïnjecteerd in zo'n gecompromitteerde optische vezel, de optische energie zit 'gevangen' in de kern van de vezel, het genereren van een optische ontlading die zich voortplant naar de lichtbron, de vezel permanent beschadigen tijdens het proces. Het onderzoeksteam heeft geconstateerd dat, wanneer de vezel is gemaakt van polymeer, dit effect resulteert in een elektrisch geleidend verkoold pad, die op hun beurt de interacties mogelijk maken die nodig zijn om op magnetische velden te reageren.

"De interacties tussen het magnetische veld en de verkoolde of 'beschadigde' regio's kunnen leiden tot variaties in optische parameters in de vezel, " zei hoofdauteur Arnaldo Leal-Junior, hoogleraar in het Graduate Programme in Electrical Engineering, Federale Universiteit van Espírito Santo. "Door een gesmolten polymeervezel tussen twee silica single-mode vezels te sandwichen en wat we multimodale interferentie noemen, te induceren, een glasvezel-magneetveldsensor kan worden geïmplementeerd."

De onderzoekers toonden experimenteel aan dat deze sensor een kleine magnetische veldverandering van 45 microtesla kan detecteren, die honderden keren kleiner of gevoeliger is dan de detectie van 20 millitesla met een conventionele glasvezelmethode. Ter vergelijking, een magnetisch veld van ongeveer 100 microtesla wordt gemeten op een centimeter afstand van een werkende keukenmagnetron.

"Magneetveldsensoren zijn vaak vereist bij het hanteren van verschillende apparaten in elektrische energiesystemen, zoals generatoren en motoren, " zei Mizuno. "We verwachten dat de verdiensten van onze sensor, inclusief elektrische isolatie en groot meetbereik, kan worden misbruikt in dergelijke toepassingen."

Leal-Junior merkte ook op dat de voorgestelde sensor gemakkelijk tegen lage kosten kan worden gefabriceerd en dat hun aanpak de weg vrijmaakt voor een nieuwe recyclingoptie door gefuseerde optische polymeervezels te redden voor gebruik in magnetische veldsensoren.

De onderzoekers zijn van plan om de meetnauwkeurigheid te verbeteren en de gevoeligheid van de voorgestelde sensor verder te vergroten. Ze zullen ook proberen om in de nabije toekomst dezelfde benadering te gebruiken om elektrische velddetectie te demonstreren.