Optiska fibrer möjliggör vår era av internet, eftersom de bär stora mängder data över hela världen. Fiber är också en utmärkt sensorplattform. De kan nå över hundratals kilometer, helt enkelt inbäddade i strukturer, och kan installeras i farliga miljöer där användning av el är förbjuden. Dock, optiska fibersensorer står också inför en inneboende, grundläggande utmaning.

"Allt ljuset rör vid är vårt rike, " säger doktoranden Hagai Diamandi från fakulteten för teknik vid Bar-Ilan University i Israel. "I det, vi menar att säga att varje optisk mätning kräver att ljus ska vidröra mediet som testas." Standard optiska fibrer, dock, är utformade för att göra precis motsatsen. "Standardfibrer är gjorda av en glasbeklädnad, med en mycket tunnare, inre kärnan, "fortsätter Diamandi." Ljuset styrs i den inre kärnan, och allt görs för att förhindra att ljus läcker utanför. Ett ämne som testas, i de flesta fallen, ligger utanför den mycket större beklädnaden. Tyvärr, guidat ljus berör inte mycket av omvärlden. "

En möjlig lösning finns baserad på andra former av förökning i samma fiber. Doktoranden Yosef London förklarar:"Förutom kärnläget, ljus kan föröka sig i fibern genom att fylla i hela beklädnaden. Isåfall, det kanske "känner" vad som är utanför." Men hur får du ljus att byta från det "normala" kärnläget till de där beklädnadslägena? London fortsätter:"Här finns en hake. Koppling till beklädnadslägena kräver inskription av permanent, periodiska störningar i fibermediet, kallas "galler". Gitter skrivs på specifika, diskreta platser. Du kan inte radera dem eller flytta runt dem." Av den anledningen, beklädnadslägessensorer är begränsade till endast punktmätningar.

Den främsta styrkan hos optiska fibergivare är rumsligt fördelad analys, där varje fibersegment fungerar som en oberoende mätnod. Beklädnadslägen kunde inte stödja distribuerade mätningar, tills nu. Genombrottsidén kom från en tredje doktorand i gruppen, Gil Bashan:"Det finns ett alternativ till användning av galler. Vi kan istället skjuta in två starka optiska vågor i fibern. När deras frekvenser väljs korrekt, de två vågorna kan driva akustiska svängningar inuti fiberns kärna, vid mycket höga hypersoniska frekvenser. De akustiska vågorna blir våra gitter. "Principen kallas Brillouin dynamiska gitter. Till skillnad från permanent inskription, Brillouin dynamiska galler kan slås på och av efter behag. De kan också begränsas till korta segment av godtyckliga platser, och skannade längs fibern. "Principen har använts mellan kärntyper av fibrer i över ett decennium, " säger Bashan. "Vi överför det till beklädnadslägena."

I en tidning som nyligen publicerades i Optica tidning, gruppen rapporterar en distribuerad fibersensor i beklädnadsläge, en första i sitt slag. Genom att göra så, de var tvungna att övervinna betydande hinder. Rådgivare Prof. Avi Zadok förklarar:"Det finns stor skillnad i storlek mellan kärn- och beklädnadslägen. Kärnlägen är begränsade till ett mycket snävt område. Beklädnadslägen sprids över ett område som är 200 gånger större. Av den anledningen, vi var oroliga att kopplingen mellan de två lägena skulle vara svag och ineffektiv." Ändå, teamet kunde visa den exakta mätningen av brytningsindex utanför beklädnadsgränsen för standard, omodifierad optisk fiber. Den rumsliga upplösningen av mätningarna var åtta centimeter. Analysen identifierade korrekt korta fibersektioner nedsänkta i vatten och etanol, och tydligt skiljer mellan de två. Osäkerheten i indexmätningar låg i fjärde decimalkomma.

Prof. Zadok avslutar:"Vi har demonstrerat ett nytt koncept av optiska fibersensorer. Det tar itu med en decennier lång utmaning:den distribuerade kartläggningen av brytningsindex utanför beklädnaden av standardfiber, där ljuset inte når." Sensorn kan användas för läckagedetektering i kritisk infrastruktur, och processövervakning inom den petrokemiska industrin, avsaltningsanläggningar, mat och dryck produktion med mera.