Lukea optisen kuituanturin venymää sähköisesti

Yokohama National Universityn tutkijat ovat esitelleet uuden kuituoptisen tunnistusmenetelmän, joka havaitsee venymän ja siirtymän lukemalla interferenssikuvioita suoraan valolla havaitun signaalin sähköisestä spektristä.

Lähestymistavassa käytetään polymeeriseen optiseen kuituun perustuvaa yksimuoto-monimuoto-yksimuoto (SMS) -rakennetta, jossa monimuotoinen eteneminen luo suhteellisia modaalisia viiveitä, jotka näkyvät mitattavissa olevina laskupiikkeinä sähköisellä taajuusalueella.

”Tämän työn keskeinen pointti on, että interferenssikuvio näkyy suoraan sähköisessä kentässä”, sanoo vastaava kirjoittaja, apulaisprofessori Yosuke Mizuno. ”Tämä antaa meille uuden tavan lukea kuituoptisten anturien signaaleja turvautumatta perinteiseen optisen spektrin luentaan ja samalla hyödyntää polymeerioptisten kuitujen rikasta modaalista käyttäytymistä.”

Optisia kuituantureita käytetään laajalti venymän, lämpötilan, siirtymän ja muiden fysikaalisten suureiden mittaamiseen. Näistä SMS-rakenteisiin perustuvat monimuotointerferenssien anturit ovat houkuttelevia yksinkertaisen kokoonpanonsa ja alhaisten kustannustensa ansiosta.

Perinteiset järjestelmät kuitenkin yleensä seuraavat optisen läpäisyspektrin muutoksia kalliin optisen spektrianalysaattorin avulla, mikä voi lisätä järjestelmäkustannuksia ja rajoittaa mittausnopeutta.

Uusi menetelmä käyttää erilaista lähestymistapaa. Tutkijat lähettivät valoa polymeeriseen optiseen kuituun perustuvan SMS-rakenteen läpi, ilmaisivat lähtövalon fotodetektorilla ja analysoivat tuloksena olevan sähköisen spektrin.

Kun he käyttivät noin 1070 nm:n aallonpituudella olevaa valonlähdettä, sähköiseen spektriin ilmestyi selkeitä interferenssikuoppia. Sitä vastoin, kun he toistivat kokeen 1550 nm:n laserilla, nämä kuopat katosivat, mikä vahvistaa, että ilmiö johtuu monimuotoisesta etenemisestä ja modaalisesta heilahtelusta fotohavainnoinnin aikana.

Kun 57 cm:n pituiseen polymeerikuitusegmenttiin kohdistettiin aksiaalista venytystä, interferenssikuitujen aallot siirtyivät selvästi ja palautuvasti. Tutkimusryhmä laajensi periaatetta myös siirtymän mittaukseen ottamalla käyttöön muuttuvan ilmaraon piidioksidikuitujen väliin. Tässä kokoonpanossa ilmaraon pituuden muutokset siirsivät sähköisiä interferenssipiikkejä ja herkkyys nousi noin 3,7 MHz/µm suuremmilla ilmaraoilla.

"Uskomme, että tämä sähköisen alueen luennan voisi tehdä monimuotointerferenssin kuituantureista käytännöllisempiä nopeita ja kompakteja mittauksia varten", apulaisprofessori Mizuno lisäsi. "Seuraava askel on selventää hallitsevia modaalisia vaikutuksia, optimoida kuiturakenne ja valonlähteen olosuhteet sekä arvioida lämpötilavastetta."

Aiheesta aiemmin:

Hämä-hämähäkki kiipes elektroniikkaan