Заден план
През 1966 г. г-н Гао Кун за първи път предложи използването на диелектрично оптично влакно за предаване на информация чрез оптичен носител в статия, като по този начин постави теоретичната основа за оптичното влакно като среда за предаване на светлина. След няколко години изследвания, Corning в Съединените щати произвежда първото оптично влакно със загуба от 20 dB/Km през 1970 г., което значително намалява загубата на предаване на оптичното влакно и прави възможно разработването на комуникационна технология с оптични влакна. През последните години изследователите откриха, че технологията за отчитане на оптични влакна се е превърнала в един от активните клонове в областта на оптоелектронните технологии поради своята висока чувствителност, силна способност за анти-електромагнитни смущения, малък размер и лесна интеграция.
Технологията за наблюдение на оптични влакна обхваща широк спектър от области, включително военни, национална отбрана, космическо пространство, енергетика и защита на околната среда, индустриален контрол, медицина и здравеопазване, измерване и тестване, безопасност на храните, домакински уреди и много други области. Основните включени сензори включват основно: оптични жироскопи, оптични хидрофони, температурни сензори за оптични влакна, оптични токови трансформатори и други сензорни технологии за оптични влакна. Микроструктурираните влакна и влакната, поддържащи поляризация, са се превърнали в гръбнака на областта на сензорите за оптични влакна поради тяхната гъвкава структура и уникални характеристики.
Микроструктурни влакна
Микроструктурните влакна (MOF) могат да бъдат разделени на следните две категории според тяхната структура и механизъм на предаване: Едното е оптично влакно с насочена микроструктура с индекс на пречупване; другото е фотонно кристално влакно с междинна лента и периодично разположение на въздушните отвори. Микроструктурното влакно с насочване на индекса включва главно капилярно влакно, влакно с паралелна сърцевина и многоядрено влакно според неговата структура. Капилярното влакно е предложено за първи път от Hidaka et al. през 1981 г. Както подсказва името, капилярното влакно е куха структура в сърцевината си, което води до много специални свойства. В областта на сензорите капилярното влакно има своите уникални предимства при измерване на течности и газове. През 1997 г. изследователската група ITO.H използва оптични влакна с куха сърцевина, за да контролира движението на горещи рубидиеви атоми, за да постигне по-задълбочено разбиране на хората в областта на атомите. Лабораторията за аерокосмически науки и технологии за интелигентни материали и структура на Университета по аеронавтика и астронавтика в Нанкин осъществява диагностиката и ремонта на композитни материали чрез инжектиране на лепило върху кухото влакно, като по този начин реализира прилагането на специалната структура на капилярното влакно. Влакно с паралелна матрица се отнася до влакно, в което множество ядра са подредени според определено правило и споделят една и съща обвивка, така че да се получи взаимно свързване и други ефекти между сърцевините, което ще доведе до много странни характеристики. Лабораторията за наблюдение на оптични влакна на инженерния университет в Харбин е произвела серия оптични влакна с многоядрена микроструктура, управлявани по индекса. Многоядреното оптично влакно беше предложено в края на 70-те години на миналия век и основната му цел е да интегрира сърцевината на влакното в едно оптично влакно, така че производствените разходи за оптично влакно и кабел могат да бъдат значително намалени, а интегрирането на оптично влакно може бъде подобрена. През 1994 г. France Telecom за първи път произвежда четириядрено едномодово влакно. През 2010 г. американската OFS компания B. Zhu и други проектираха и произведоха седемядрено многоядрено оптично влакно, като седемте ядра бяха подредени в правилен шестоъгълник. През 2012 г. R.Ryf и S.Randel и т.н. използваха влакна с няколко режима, за да произведат влакна с триядрена микроструктура, което намали пресичането на сърцевината на многоядрените влакна. Въпреки че тези микроструктурирани оптични влакна от вълноводен тип имат проблеми като свързване на оптично влакно-ядро и кръстосани смущения при комуникация с оптични влакна на дълги разстояния, това несъмнено предоставя нова идея за областта на отчитане на оптични влакна.
Влакно, поддържащо поляризацията
Има две състояния на ортогонална поляризация в едномодово влакно. В идеалния случай, когато структурата на влакното е строго симетрична, разпространението на тези два режима е еднакво. Въпреки това, при действителното производство и приложение, тъй като едномодовото влакно се влияе от външната среда, като температура и напрежение, и напрежението, генерирано по време на производството, винаги има определена степен на елиптичност, разпределение на индекса на пречупване и асиметрия на напрежението. Има разлика в константата на разпространение, така че по време на разпространение възниква допълнителна фазова разлика, която в оптиката се нарича двойно пречупване. Този вид двойно пречупване неизбежно ще доведе до дисперсия на поляризационния режим. В областта на отчитането на оптични влакна и метрологията на оптичните влакна се изисква светлината, разпространяваща се в оптичното влакно, да има стабилно състояние на поляризация. В много интегрирани оптични устройства състоянието на поляризация на входната светлина също е избирателно. Поради този феномен на поляризационен режим на дисперсия, обикновените едномодови оптични влакна ограничават развитието на чувствителност на оптични влакна и други полета и се произвеждат оптични влакна, поддържащи поляризация.
Решаването на проблема с поляризационната нестабилност в едномодовото влакно се разделя главно на два метода. Първият е: опитайте се да намалите асиметричните характеристики на едномодовото влакно, опитайте се да разрешите влиянието на елиптичността и вътрешното остатъчно напрежение на влакното, така че ефектът на двойно пречупване на това едномодово влакно да бъде сведен до минимум до два Двата режима могат взаимно да се израждат. Когато нормализираната константа на разпространение на двойно пречупване B е по-малка от 10^-6, този вид влакно обикновено се нарича влакно с ниско двойно пречупване, поддържащо поляризация (влакно с ниско двойно пречупване, наричано LBF). Вторият метод е да се увеличи асиметрията на едномодовото влакно и да се увеличат неговите характеристики на двойно пречупване, така че светлината между двата режима да не се свързва лесно един с друг. Ние наричаме този вид влакно, поддържащо поляризация, влакно с високо двойно пречупване (HBF) и неговата нормализирана константа на разпространение на двойно пречупване B е по-голяма от 10^-5. Влакната с високо двойно пречупване, поддържащи поляризация, могат да бъдат разделени на влакна с двойна поляризация и влакна с една поляризация според техните характеристики на разпространение. Влакното с двойна поляризация разделя двата режима на поляризация, така че режимът на поляризация остава основно непроменен по време на процеса на предаване; докато единичното поляризационно влакно може да предава само един режим от двата режима на ортогонална поляризация, а другият режим е потиснат и не може да се разпространява. Ние наричаме това влакно еднополяризационно влакно или абсолютно едномодово влакно.
Според различните начини на двойно пречупване във влакното, влакната, поддържащи поляризация, могат да бъдат разделени на влакна с ефект на геометрична форма и влакна, предизвикани от напрежение. Фигура 1 показва структурните диаграми на челната повърхност на няколко често срещани влакна, поддържащи поляризация. Сред тях папийонка, панда, вътрешна елипсовидна облицовка и правоъгълни влакна, покрити с напрежение, поддържащи поляризация, са чувствителни на напрежение влакна; Влакна с елиптична сърцевина и странична бразда Поддържащите поляризация влакна като страничен тунелен тип и т.н. са влакна с ефект на геометрична форма. Повечето влакна, поддържащи поляризация, са направени по методи, които генерират остатъчно напрежение във влакното.