Оптоволокно — это стеклянные нити, позволяющие передавать световой сигнал на большие расстояния без потерь и с высокой скоростью. Малые габариты, низкое энергопотребление, устойчивость к перепаду температур и агрессивным средам позволяют использовать кварцевые волокна для лазеров, гироскопов, передачи данных в нефтяных скважинах и даже в космосе. В связи с этим, требования к оптоволокну по прочности, радиационной стойкости, температуре эксплуатации и иным свойствам постоянно возрастают. Ученые Пермского Политеха совместно с коллегами из ИФМ УрО РАН города Екатеринбурга собрали экспериментальную установку, которая позволила исследовать воздействие магнитного поля на плазменную искру, движущуюся в оптическом волокне. Результаты данного исследования помогут в разработке методик формирования внутриволоконных микроскопических структур, на основе которых можно создавать чувствительные оптические датчики или рассеиватели излучения.
Исследование опубликовано в журнале «Journal of Optical Technology». Разработка выполнена в рамках программы академического стратегического лидерства «Приоритет 2030».
В экспериментах образец оптического волокна помещался между полюсами сверхмощного постоянного магнита. В один из концов образца оптоволокна подавалось лазерное излучение, а другой конец подводился к измерительному прибору для определения оптической мощности. Далее производилось инициирование лазерного пробоя в волокне, что приводило к возникновению сине-белой вспышки (плазменной искры), которая двигалась по оптическому волокну. При распространении плазменная искра взаимодействовала с магнитным полем и образовывала причудливые микродефекты в оптоволокне. Весь процесс фиксировался на высокоскоростную видеокамеру. Было произведено микроскопическое исследование срезов оптического волокна.
— В условиях проведенного эксперимента было доказано, что магнитное поле имеет влияние на размер, форму и скорость движения плазменной искры вдоль волокна. Так, в испытуемом образце появилась структура микронеоднородностей заполненных кислородом с пулеобразной формой, которая в дальнейшем может быть использована как чувствительный элемент для оптического датчика или оптического рассеивателя излучения, — поясняет научный руководитель проекта, заведующий кафедрой общей физики Пермского Политеха, доктор физико-математических наук, доцент Анатолий Перминов.
Полученные в ходе работы данные позволят создать оптоволоконные устройства с повышенными эксплуатационными характеристиками. Такие устройства находят широкое применение, например, для контроля параметров в нефтяных скважинах, подводных лодках, летательных аппаратах и атомных электростанциях. Оптоволоконные рассеиватели излучения применяются в медицине.
Для справки:
Пермский Политех стал обладателем гранта «Приоритет 2030» в 2021 году. Его размер составил 100 млн рублей. «Приоритет 2030» является самой масштабной в истории России программой государственной поддержки и развития высших учебных заведений. Ее цель — формирование к 2030 году в России более 100 прогрессивных современных университетов, которые станут центрами научно-технологического и социально-экономического развития страны. Всего комиссия Минобрнауки РФ включила в программу «Приоритет 2030» 106 вузов из 49 городов страны, из них 60 % — региональные университеты.