Forskare från Oxford University har utvecklat en sensor gjord av safirfiber som tål extrema temperaturer, med potential att möjliggöra betydande förbättringar av effektivitet och utsläppsminskningar inom flyg- och energiproduktion.

Verket, publicerat i tidskriften Optics Express , använder en optisk safirfiber — en tråd av industriellt odlad safir mindre än en halv millimeter tjock — som tål temperaturer över 2000°C. När ljus injiceras på ena änden av safirfibern reflekteras en del tillbaka från en punkt längs fibern som har modifierats för att vara temperaturkänslig (känd som ett Bragg-gitter). Våglängden (färgen) för detta reflekterade ljus är ett mått på temperaturen vid den punkten.

Forskningen löser ett 20 år gammalt problem med befintliga sensorer – medan safirfibern verkar väldigt tunn, i jämförelse med ljusets våglängd är den enorm. Det gör att ljuset kan ta många olika vägar längs safirfibern, vilket resulterar i att många olika våglängder reflekteras samtidigt. Forskarna övervann detta problem genom att skriva en kanal längs fiberns längd, så att ljuset finns i ett litet tvärsnitt, en hundradels millimeter i diameter. Med detta tillvägagångssätt kunde de göra en sensor som övervägande reflekterar en enda våglängd av ljus.

Den första demonstrationen var på en kort längd av safirfiber 1 cm lång, men forskarna förutspår att längder på upp till flera meter kommer att vara möjliga, med ett antal separata sensorer längs denna längd. Detta skulle göra det möjligt att göra temperaturmätningar i till exempel en jetmotor. Att använda dessa data för att anpassa motorförhållandena under flygning har potential att avsevärt minska kväveoxidutsläppen och förbättra den totala effektiviteten, vilket minskar miljöpåverkan. Safirens motståndskraft mot strålning ger även tillämpningar inom rymd- och fusionskraftsindustrin.

Forskargruppmedlem Dr. Mohan Wang, Institutionen för ingenjörsvetenskap, University of Oxford sa:

"Sensorerna är tillverkade med en högeffektlaser med extremt korta pulser och ett betydande hinder hindrade safiren från att spricka under denna process."

Mark Jefferies, chef för University Research Liaison vid Rolls-Royce plc sa:"Detta är spännande nyheter och ytterligare en viktig vetenskaplig prestation som är ett resultat av vårt långvariga partnerskap med Oxford University. Denna grundläggande forskning kan med tiden möjliggöra mer effektiva och exakta multi- punkttemperaturmätning i tuffa miljöer, förbättrad kontroll, effektivitet och säkerhet. Vi ser fram emot att arbeta med University of Oxford för att utforska dess potential."

Rob Skilton, forskningschef vid RACE, UK Atomic Energy Authority sa:"Dessa optiska safirfibrer kommer att ha många olika potentiella tillämpningar inom de extrema miljöerna i ett fusionsenergikraftverk. Denna teknik har potentialen att avsevärt öka kapaciteten hos framtida sensorer och robotunderhållssystem i denna sektor, som hjälper UKAEA i sitt uppdrag att leverera säker, hållbar fusionskraft med låg koldioxidutsläpp till nätet."

Hela uppsatsen "Single-mode sapphire fiber Bragg grating" kan läsas i Optics Express . + Utforska vidare

Ytlägeskoppling som används för att justera termisk fördröjningskoefficient för fotoniskt bandgap ihålig fiber