科学家开发光声方法识别光纤周围环境性质

1/30/2019,瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的研究人员开发出一种光纤，可以检测出与之接触的材料或液体。这项工作刚刚在《Nature Communications》上发表。

如EPFL所述，光纤已有一段时间用作检测温度变化的传感器，如温度计和压力，如“人工神经”。该技术在诸如桥梁和天然气管道的结构监测中特别有用。

EPFL研究人员现在提出了一种新方法，使光纤能够识别它们是否与液体或固体接触。这是通过在光纤内的激光束的帮助下简单地产生声波来实现的。该研究在位于工程学院由LucThévenaz运营的光纤光学组（GFO）进行。

通过玻璃的光传输根据四个参数而变化：强度，相位，偏振和波长。当光纤被拉伸或温度变化时，这些参数会发生变化，通过检测结构中的裂缝或异常温度，使光纤像传感器一样工作。

图1 EPFL研究的共同作者Desmond Chow

但到目前为止，在光纤中不逸出光纤，不破坏光纤原来的路径的情况下，还不可能确定光纤周围发生了什么。EPFL开发的方法在光纤内部产生的声波。它是一种高频波，经常从光纤外面的墙壁反射回来。根据波接触的材料的不同，这种回波在不同的位置变化。

这些回波在光束上留下印记，当光束射出光纤时可以读取光束，从而可以绘制光纤的周围环境。这种印记非常微弱，几乎不会干扰光纤内传播的光束。该方法可用于感测光纤周围发生的事情并同时发送基于光调制的信息。

研究人员先将光纤浸入水中，然后浸入酒精中，最后将它们放在空气中。每次，他们的系统都能够正确识别周围环境的变化。“我们的技术可以检测漏水，以及与光纤接触的流体的密度和盐度，有许多方面有潜在的应用”，Thévenaz说。

通过简单的基于时间的方法，可以定位周围环境中的这些变化。“每个波脉冲都会产生一点时滞。这种延迟反映在光束到达时。如果沿途有任何干扰，我们都可以看到它们是什么，并确定它们的位置”，Thévenaz说，“目前，我们可以将干扰定位在十米的误差左右，未来我们有技术手段将精度提高到一米。”

在光纤中使用声波的想法最初来自以色列巴依兰大学的团队合作伙伴，预计将开展联合研究项目。该研究由瑞士国家科学基金会（SNSF）资助。

来源：36氪