Оптоволоконна тканина як елемент сигнальних систем

Анотація

В статті представлено матеріали досліджень, спрямовані на розробку волоконно-оптичних сенсорів, які можуть бути інтегровані в елементи одягу або бойового екіпірування військовослужбовців. Геометричні, механічні та функціональні характеристики сенсорів можна варіювати в залежності від призначення сигнального елемента, що надає можливість їхньої інтеграції в текстильні матеріали, які є основою для виготовлення бойового спорядження військовослужбовця. Заміна ділянок текстильної тканини в місцях, де вона покриває оптичний сенсор, тканинними елементами, виготовленими із оптичних волокон, має багатофункціональне призначення. По-перше, за рахунок своєї тканинної структури, перетворює зондуючий світловий промінь з точкової плями (з просторовою розмірністю 0D) в 2D-розгортку, тим самим, покращуючи просторову діаграму чутливості сенсора. По-друге, заміщує видалену тканину поверх сенсора, тим самим відновлюючи цілісність тканини. По-третє, виконує захисну та маскувальну функцію для сенсора. За міцністю, еластичністю та довговічністю такі тканинні матеріали практично нічим не відрізняються від традиційних. В роботі експериментально продемонстровано, що система квазіпаралельних волокон, яка може бути частиною тканинних елементів одягу чи екіпірування військовослужбовця, відіграє роль дифракційної гратки для лазерного променя. При цьому форма дифракційної смуги сильно залежить від кута падіння світлового променя відносно нормалі до гратки. Форма дифракційної смуги є прямолінійною, якщо падаючий промінь знаходиться в площині, перпендикулярній до площини системи квазіпаралельних оптичних волокон і одночасно перпендикулярній напрямку волокон. Якщо падаючий промінь знаходиться поза цією площиною, то в загальному випадку форма дифракційної смуги описується кривою другого порядку. Ефект викривлення дифракційної смуги при похилому падінні лазерного променя на гратку є наслідком так званої конічної дифракції світла, при якій дифраговані промені поширюються вздовж поверхні конуса. Зокрема, якщо падаючий промінь знаходиться в площині, перпендикулярній до площини системи волокон (гратки) і одночасно паралельній до напрямку волокон, то в залежності від кута між падаючим променем і перпендикуляром до площини гратки дифракційна смуга є гіперболою при кутах падіння, менших, ніж 45^о, параболою, коли кут падіння рівний 45^о чи еліпсом при кутах падіння більших за 45^о. Випадок малих кутів падіння, коли дифракційна смуга є гіперболою, продемонстровано в роботі. Властивість зміни типу кривої другого порядку (гіпербола/парабола/еліпс) дифракційної смуги та її орієнтації (вигнута праворуч/ліворуч чи вверх/вниз) при зміні кута падіння світлового променя на гратку, можна використати для визначення положення джерела світла (лазерного прицілу снайпера) відносно оптоволоконної гратки, інтегрованої в елемент одягу чи екіпірування військовослужбовця.