Шведско‑британские учёные создали плоское оптоволокно HARFF — в 1000 раз чувствительнее к давлению

Исследователи из шведского Королевского технологического института (KTH) и британского Университета Саутгемптона представили новую линейку оптического волокна — плоскую ленту HARFF (High Aspect Ratio Flat Fiber). По заявлению учёных, такой световод реагирует на давление в тысячу раз чувствительнее традиционных цилиндрических волокон, что открывает новые возможности для точных датчиков в самых разных отраслях. Такой уровень чувствительности обещает революцию в системах мониторинга инфраструктуры, от аэрокосмических элементов до энергосберегающих батарей.

Ключевым отличием HARFF является геометрия: вместо попытки сплющить круглое волокно, инженеры формируют заготовку сразу в виде ленты с соотношением сторон до 20 : 1. За один цикл им удалось вытянуть более 120 метров такой ленты из единой заготовки, продемонстрировав возможность масштабного производства при оптических потерях около 0,16 дБ/м. Процесс требует точного контроля температуры плавления стекла, однако полученный результат подтверждает, что плоская форма не ухудшает оптические свойства.

Для измерения давления в волокне созданы два продольных воздушных канала. При деформации они вызывают асимметричное напряжение, меняющее двойное лучепреломление стекла. Две одинаковые брэгговские решётки образуют оптический резонатор, и сдвиг интерференционной картины пропорционален приложенному давлению. На испытаниях при 0,40 МПа чувствительность достигла 31,6 рад/МПа — почти три порядка выше, чем у сопоставимого круглого волокна, а температурная перекрёстная чувствительность составила менее 1 %. Датчики способны фиксировать давления от нескольких кПа до нескольких десятков мегапаскалей, сохраняя линейность отклика.

Для температурных измерений внутренний канал HARFF заполнен оловянным сплавом, коэффициент теплового расширения которого в 46 раз превышает показатель кремнезёма. При нагреве сплав расширяется, создавая сильное механическое напряжение в стекле и снова меняя его двойное лучепреломление, что позволяет одновременно фиксировать изменение температуры без значительного влияния на давление.

Учёные подчёркивают, что HARFF открывает новое пространство для проектирования оптических волокон, где положение волновода, воздушные полости и внутренние каналы становятся независимыми переменными. Пока технология остаётся лабораторным образцом, планируется дальнейшее снижение потерь и интеграция ленты в крылья дронов, мостовые конструкции, промышленные детали и батареи, где компактные и высокочувствительные датчики могут существенно повысить надёжность и эффективность. «Это не просто другое волокно на вид — это новое пространство для проектирования оптических волокон», — отметил Павел Маневский.