Ученые НИТУ «МИСиС» в соавторстве с учеными из Центра оптических исследований (Мексика) и Исследовательского института керамики и стекла (Индия) разработали технологию создания высокоточных датчиков на основе легированного оптоволокна для профилактики аварий в атомной, космической и добывающей промышленности. Статья об исследовании опубликована в журнале Laser Physics Letters, популярно о нем рассказывает РИА Новости.

Созданное оптоволокно легировано редкоземельными и переходными металлами — эрбием, гольмием, висмутом, а также наночастицами серебра и кремния. Состав и соотношение химических добавок в кварцевой основе волокна позволили получить оптоволокно, которое обладает высокой чувствительностью к изменениям температуры, давления, химического состава и радиационного фона окружения. В то же самое время оптоволокно устойчиво к агрессивным средам и обладает высокой резистентностью к электромагнитным возмущениям.

«Оптоволоконный датчик представляет собой или небольшое по размерам, "точечное" устройство (которое, в свою очередь, может быть элементом многокомпонентных детектирующих сетей, или интеррогаторов), или "пространственно распределенный контур", способный собирать информацию о детектируемых параметрах на больших расстояниях ("длинный датчик"). В первом случае чувствительными элементами датчиков могут быть записанные в волокне Брэгговские решетки (спектрально-селективные фильтры). Их параметры, то есть спектры отражения и пропускания, сильно зависят от состояния окружающей среды, — давления, температуры, деформаций — и, соответственно, служат основой детектирования», - поясняется в сообщении.   Если используется формат"длинного датчика", то чувствительным элементом является вся длина используемого волокна. Оно может работать в "пассивном" режиме - в этом случае детектируемыми параметрами являются, например, изменения в спектрах поглощения и пропускания легированного оптоволокна.  При использовании "активного" режима волокно является компонентом лазера, и в этом случае детектируемыми параметрами являются, релаксационная частота, оптический спектр или режим генерации лазера.

«Исследования в рамках данного проекта нацелены на создание, комплексное исследование и применение волоконных датчиков второго типа с использованием специально разрабатываемых легированных волокон, полученных, в том числе, методом нано-инжиниринга. Такие волокна могут стать надежным решением при работе в агрессивных средах, когда прибор на их основе находится в экстремальных условиях – к примеру, при термо-мониторинге нефтяных скважин или дозиметрии на АЭС"», - полагает руководитель проекта, профессор кафедры полупроводниковой электроники и физики полупроводников НИТУ «МИСиС» Александр Кирьянов, слова которого приводятся в сообщении.

Датчики на основе такого оптоволокна эффективно и с высокой точностью регистрируют радиационное излучение различного типа в широком диапазоне доз, ультравысокие (до 1700°С) температуры, химический состав и электромагнитные поля. Протяженность оптоволокна позволяет проводить дистанционно удаленные измерения, поэтому их можно использовать для мониторинга состояние глубокой нефтяной скважины, шахты, трубопровода, агрегатов АЭС или уровень радиационного фона и состояние поверхности космического аппарата. Как полагают разработчики, благодаря уникальным характеристикам приборы на его основе будут востребованы в строительстве и геотехнике, аэрокосмической и нефтегазовой промышленности, сильноточной энергетике, включая атомную.