Onderzoekers van de Universiteit van Oxford hebben een sensor ontwikkeld van saffiervezel die extreme temperaturen kan verdragen, met het potentieel om aanzienlijke verbeteringen in efficiëntie en emissiereductie in de lucht- en ruimtevaart en energieopwekking mogelijk te maken.

Het werk, gepubliceerd in het tijdschrift Optics Express , gebruikt een optische saffiervezel - een draad van industrieel gekweekte saffier van minder dan een halve millimeter dik - die bestand is tegen temperaturen van meer dan 2000 ° C. Wanneer licht op het ene uiteinde van de saffiervezel wordt geïnjecteerd, wordt een deel teruggekaatst vanaf een punt langs de vezel dat is aangepast om gevoelig te zijn voor temperatuur (bekend als een Bragg-rooster). De golflengte (kleur) van dit gereflecteerde licht is een maat voor de temperatuur op dat punt.

Het onderzoek lost een 20 jaar oud probleem op met bestaande sensoren - terwijl de saffiervezel erg dun lijkt, is hij in vergelijking met de golflengte van licht enorm. Dit betekent dat het licht veel verschillende paden langs de saffiervezel kan nemen, waardoor er veel verschillende golflengten tegelijk worden gereflecteerd. De onderzoekers overwonnen dit probleem door een kanaal langs de lengte van de vezel te schrijven, zodat het licht zich in een kleine doorsnede bevindt, een honderdste millimeter in diameter. Met deze aanpak konden ze een sensor maken die voornamelijk een enkele golflengte van licht reflecteert.

De eerste demonstratie was op een korte lengte saffiervezel van 1 cm lang, maar de onderzoekers voorspellen dat lengtes tot enkele meters mogelijk zullen zijn, met een aantal afzonderlijke sensoren over deze lengte. Hierdoor zouden bijvoorbeeld temperatuurmetingen in een straalmotor kunnen worden uitgevoerd. Het gebruik van deze gegevens om de motoromstandigheden tijdens de vlucht aan te passen, kan de uitstoot van stikstofoxide aanzienlijk verminderen en de algehele efficiëntie verbeteren, waardoor de impact op het milieu wordt verminderd. De weerstand van de saffier tegen straling geeft ook toepassingen in de ruimtevaart- en fusie-energie-industrie.

Onderzoeksteamlid Dr. Mohan Wang, afdeling Ingenieurswetenschappen, Universiteit van Oxford zei:

"De sensoren zijn vervaardigd met behulp van een krachtige laser met extreem korte pulsen en een belangrijke hindernis verhinderde dat de saffier tijdens dit proces barstte."

Mark Jefferies, Chief of University Research Liaison bij Rolls-Royce plc, zei:"Dit is opwindend nieuws en nog een andere belangrijke wetenschappelijke prestatie die het resultaat is van onze langdurige samenwerking met de Universiteit van Oxford. Dit fundamentele onderzoek zou op termijn efficiëntere en nauwkeurigere multi- punttemperatuurmeting in ruwe omgevingen, waardoor de controle, efficiëntie en veiligheid worden verbeterd. We kijken ernaar uit om met de Universiteit van Oxford samen te werken om het potentieel ervan te verkennen."

Rob Skilton, Head of Research bij RACE, UK Atomic Energy Authority, zei:"Deze optische vezels van saffier zullen veel verschillende potentiële toepassingen hebben binnen de extreme omgevingen van een fusie-energiecentrale. Deze technologie heeft het potentieel om de mogelijkheden van toekomstige sensor- en robotonderhoudssystemen in deze sector, die UKAEA helpen bij haar missie om veilige, duurzame, koolstofarme fusie-energie aan het net te leveren."

Het volledige artikel "Single-mode saffiervezel Bragg-rooster" kan worden gelezen in Optics Express . + Verder verkennen

Oppervlaktemoduskoppeling gebruikt om de thermische vertragingscoëfficiënt van holle-kernvezel met fotonische bandgap aan te passen