Uppfinningen av optiska fibrer har revolutionerat inte bara telekommunikation utan även sensorteknik. Optiska fibergivare kan mäta belastning, temperatur, tryck, och många andra fysiska parametrar längs fibrerna, men de är för närvarande immuna mot elektromagnetiskt brus - störningar från andra externa elektriska eller magnetiska interaktioner. Det är ett önskvärt drag, tills effekten av det elektromagnetiska fältet på fibrerna behöver mätas. Nu, ett internationellt team av forskare har använt det som tidigare ansågs vara en ”skadad” del av en optisk fiber för att utveckla en sådan magnetfältssensor.

De publicerade detaljer om deras tillvägagångssätt den 5 november Avancerad fotonikforskning .

"Denna typ av immunitet mot elektromagnetiskt brus är en stor fördel när vi mäter belastning, temperatur, etc., under starka elektromagnetiska fältmiljöer, "sade papperets medförfattare Yosuke Mizuno, docent vid tekniska fakulteten, Yokohama National University. "Dock, det betyder samtidigt att elektromagnetisk fältavkänning med optiska fibrer är en stor utmaning, som vi tog itu med i detta dokument. "

Forskarna utnyttjade en "fiber säkring" effekt, som induceras när ljus med hög effekt injiceras i en optisk fiber med snäva böjningar, dåliga kontakter, och andra icke-ideala förhållanden. När högeffektsljus injiceras i en sådan komprometterad optisk fiber, den optiska energin är "instängd" i fiberkärnan, generera en optisk urladdning som sprider sig mot ljuskällan, permanent skada fibern i processen. Forskargruppen har funnit att när fibern är gjord av polymer, denna effekt resulterar i en elektriskt ledande kolsyrad väg, vilket i sin tur kan möjliggöra de interaktioner som behövs för att reagera på magnetfält.

"Interaktionerna mellan magnetfältet och de karboniserade - eller" skadade " - regionerna kan leda till variationer i optiska parametrar i fibern, "sade huvudförfattaren Arnaldo Leal-Junior, professor i forskarutbildningen i elektroteknik, Federal University of Espírito Santo. "Genom att smälta in en sammansmält polymerfiber mellan två kiseldioxidfibrer och inducera det vi kallar multimodal interferens, en fiberoptisk magnetfältssensor kan implementeras. "

Forskarna visade experimentellt att denna sensor kan upptäcka en liten magnetfältförändring på 45 mikrotesla, som är flera hundra gånger mindre-eller mer känslig-än 20 millitesla-detektionen med en konventionell fiberoptisk metod. För jämförelse, ett magnetfält på cirka 100 mikrotesla mäts en tum från en mikrovågsugn i ett kök.

"Magnetfältssensorer krävs ofta vid hantering av olika apparater i elkraftsystem, såsom generatorer och motorer, "Mizuno sa." Vi räknar med att fördelarna med vår sensor, inklusive elektrisk isolering och långt mätområde, kan utnyttjas i sådana applikationer. "

Leal-Junior noterade också att den föreslagna sensorn enkelt kan tillverkas till en låg kostnad och att deras tillvägagångssätt banar väg för ett nytt återvinningsalternativ genom att rädda sammansmältade optiska polymerfibrer för användning i magnetfältssensorer.

Forskarna planerar att förbättra mätnoggrannheten samt ytterligare öka känsligheten hos den föreslagna sensorn. De kommer också att försöka använda samma tillvägagångssätt för att demonstrera elektrisk fältavkänning inom en snar framtid.