Позадина
Године 1966, господин Гао Кун је први пут предложио употребу диелектричног оптичког влакна за пренос информација оптичким носачем у чланку, постављајући тако теоријске основе за оптичко влакно као медијум за пренос светлости. После неколико година истраживања, Цорнинг у Сједињеним Државама произвео је прво оптичко влакно са губитком од 20дБ/Км 1970. године, што је у великој мери смањило губитак преноса оптичког влакна и омогућило развој технологије комуникације оптичким влакнима. Последњих година, истраживачи су открили да је технологија сензора оптичких влакана постала једна од активних грана у области оптоелектронске технологије због своје високе осетљивости, јаке способности против електромагнетних сметњи, мале величине и лакоће интеграције.
Технологија сензора оптичких влакана покрива широк спектар области, укључујући војску, националну одбрану, ваздухопловство, енергију и заштиту животне средине, индустријску контролу, медицину и здравље, мерење и тестирање, безбедност хране, кућне апарате и многа друга поља. Главни укључени сензори углавном укључују: оптичке жироскопе, хидрофоне са оптичким влакнима, температурне сензоре са решеткастим влакнима, струјне трансформаторе са оптичким влакнима и друге технологије сензора оптичких влакана. Микроструктурирана влакна и влакна која одржавају поларизацију постала су окосница области сенсинга оптичких влакана због своје флексибилне структуре и јединствених карактеристика.
Микроструктурна влакна
Микроструктурна влакна (МОФ) се могу поделити у следеће две категорије према својој структури и механизму преноса: Једна је микроструктурно оптичко влакно вођено индексом преламања; друго је фотонско кристално влакно са размаком појаса са периодичним распоредом ваздушних рупа. Микроструктурно влакно вођено индексом углавном укључује капиларна влакна, влакна са језгром паралелног низа и влакна са више језгара према својој структури. Капиларна влакна су први предложили Хидака ет ал. 1981. Као што назив говори, капиларно влакно је шупља структура унутар свог језгра, што доводи до многих посебних својстава. У области сенсинга, капиларна влакна имају своје јединствене предности у мерењу течности и гасова. Године 1997. истраживачка група ИТО.Х користила је оптичка влакна са шупљим језгром да контролише кретање врелих атома рубидијума како би постигла дубље разумевање људи у области атома. Лабораторија за аеронаутику и технологију за интелигентне материјале и структуре Универзитета за аеронаутику и астронаутику Нањинг реализује дијагностику и поправку композитних материјала убризгавањем лепка на шупље влакно, чиме се остварује примена посебне структуре капиларног влакна. Влакна са језгром паралелног низа се односе на влакно у којем је више језгара распоређено према одређеном правилу и дели исту облогу, тако да ће се произвести међусобно спајање и други ефекти између језгара, што ће произвести многе чудне карактеристике. Лабораторија за испитивање оптичких влакана Универзитета Харбин је произвела серију оптичких влакана са више језгара са микроструктуром вођених индексом. Вишејезгрено оптичко влакно је предложено касних 1970-их, а његова главна сврха је да интегрише језгро влакна у једно оптичко влакно, тако да се трошкови производње оптичких влакана и кабла могу знатно смањити, а интеграција оптичких влакана може бити побољшана. 1994. године, Франце Телецом је први пут произвео четворојезгарно једномодно влакно. Године 2010. америчка ОФС компанија Б. Зху и други дизајнирали су и произвели вишејезгарно оптичко влакно са седам језгара, са седам језгара распоређених у правилном шестоугаонику. У 2012. години, Р.Риф и С.Рандел, итд. користили су влакна са неколико модова за производњу трожилних влакана микроструктуре, што је смањило преслушавање у језгри вишејезгрених влакана. Иако ова микроструктурирана оптичка влакна типа таласовода имају проблеме као што су спајање језгра оптичких влакана и преслушавање у комуникацији оптичким влакнима на даљину, ово несумњиво даје нову идеју за област сензора оптичких влакана.
Влакна која одржавају поларизацију
Постоје два стања ортогоналне поларизације у једномодном влакну. У идеалном случају када је структура влакана стриктно симетрична, пропагација ова два мода је једнака. Међутим, у стварној производњи и примени, пошто на једномодно влакно утиче спољашње окружење као што су температура и стрес, као и стрес који се ствара током производње, увек постоји одређени степен елиптичности, дистрибуције индекса преламања и асиметрије напона. Постоји разлика у константи пропагације, па се при простирању јавља додатна фазна разлика, која се у оптици назива дволом. Ова врста двоструког преламања ће неизбежно довести до дисперзије поларизационог мода. У областима сензора оптичких влакана и метрологије оптичких влакана, захтева се да светлост која се простире у оптичком влакну треба да има стабилно поларизационо стање. У многим интегрисаним оптичким уређајима, стање поларизације улазног светла је такође селективно. Због овог феномена дисперзије у режиму поларизације, обична једномодна оптичка влакна ограничавају развој сензора оптичких влакана и других поља, а производе се оптичка влакна која одржавају поларизацију.
Решавање проблема нестабилности поларизације у једномодном влакну углавном је подељено на две методе. Први је: покушајте да смањите асиметричне карактеристике једномодног влакна, покушајте да решите утицај елиптичности и унутрашњег заосталог напрезања влакна, тако да се ефекат двоструког преламања овог једномодног влакна минимизира на два. Два мода могу бити међусобно дегенерисани. Када је нормализована константа простирања двоструког преламања Б мања од 10^-6, ова врста влакна се обично назива влакно које одржава поларизацију ниске поларизације (Влакно са ниским дволомом, које се назива ЛБФ). Други метод је повећање асиметрије једномодног влакна и повећање његових карактеристика двоструког преламања, тако да светлост између два мода није лако спојена једно са другим. Ову врсту влакна које одржавају поларизацију називамо влакнима високог дволома (ХБФ), а њена нормализована константа простирања двоструког преламања Б је већа од 10^-5. Влакна са високим дволомом која одржавају поларизацију могу се поделити на влакна са двоструком поларизацијом и влакна са једном поларизацијом према њиховим карактеристикама пропагације. Двоструко поларизационо влакно раздваја два поларизациони режима, тако да режим поларизације остаје у основи непромењен током процеса преноса; док једно поларизационо влакно може емитовати само један мод од два ортогонална поларизациона мода, а други мод је потиснут и не може се ширити. Ово влакно зовемо једнополаризационо влакно или апсолутно једномодно влакно.
Према различитим начинима двоструког преламања у влакнима, влакна која одржавају поларизацију могу се поделити на влакна са ефектом геометријског облика и влакна изазвана стресом. Слика 1 приказује дијаграме структуре крајњег дела неколико уобичајених влакана која одржавају поларизацију. Међу њима, влакна лептир-машне, панда, унутрашње елиптичне облоге и правоугаона напрегнута влакна која одржавају поларизацију су влакна осетљива на стрес; елиптично језгро и типови бочних жлебова Влакна која одржавају поларизацију, као што су бочни тунел, итд. су влакна типа са ефектом геометријског облика. Већина влакана која одржавају поларизацију направљена је методама које стварају заостало напрезање у влакну.