Safirfiber kunne muliggøre renere energi og flyrejser

Forskere fra Oxford University har udviklet en sensor lavet af safirfiber, der kan tolerere ekstreme temperaturer, med potentiale til at muliggøre betydelige forbedringer i effektivitet og emissionsreduktion i rumfart og energiproduktion.

Værket, offentliggjort i tidsskriftet Optics Express , bruger en optisk safirfiber - en tråd af industrielt dyrket safir mindre end en halv millimeter tyk - som kan modstå temperaturer over 2000°C. Når lys sprøjtes ind i den ene ende af safirfiberen, reflekteres noget tilbage fra et punkt langs fiberen, som er blevet modificeret til at være følsom over for temperatur (kendt som et Bragg-rist). Bølgelængden (farven) af dette reflekterede lys er et mål for temperaturen på det punkt.

Forskningen løser et 20 år gammelt problem med eksisterende sensorer - mens safirfiberen virker meget tynd, er den i sammenligning med lysets bølgelængde enorm. Det betyder, at lyset kan tage mange forskellige veje langs safirfiberen, hvilket resulterer i, at mange forskellige bølgelængder reflekteres på én gang. Forskerne overvandt dette problem ved at skrive en kanal langs fiberens længde, således at lyset er indeholdt i et lille tværsnit, en hundrededel af en millimeter i diameter. Med denne tilgang var de i stand til at lave en sensor, der overvejende reflekterer en enkelt bølgelængde af lys.

Den indledende demonstration var på en kort længde af safirfiber på 1 cm lang, men forskerne forudser, at længder på op til flere meter vil være mulige med en række separate sensorer langs denne længde. Dette ville gøre det muligt at foretage temperaturmålinger i f.eks. en jetmotor. Brug af disse data til at tilpasse motorforholdene under flyvningen har potentialet til betydeligt at reducere nitrogenoxidemissioner og forbedre den samlede effektivitet, hvilket reducerer miljøpåvirkningen. Safirens modstandsdygtighed over for stråling giver også anvendelse i rum- og fusionskraftindustrien.

Forskerteammedlem Dr. Mohan Wang, Institut for Ingeniørvidenskab, University of Oxford sagde:

"Sensorerne er fremstillet ved hjælp af en højeffektlaser med ekstremt korte impulser, og en betydelig hindring forhindrede safiren i at revne under denne proces."

Mark Jefferies, Chief of University Research Liaison hos Rolls-Royce plc sagde:"Dette er spændende nyheder og endnu en vigtig videnskabelig præstation som følge af vores langvarige partnerskab med Oxford University. Denne grundlæggende forskning kunne med tiden muliggøre mere effektiv og nøjagtig multi- punkttemperaturmåling i barske miljøer, forbedring af kontrol, effektivitet og sikkerhed. Vi ser frem til at samarbejde med University of Oxford for at udforske dets potentiale."

Rob Skilton, forskningschef hos RACE, UK Atomic Energy Authority sagde:"Disse optiske safirfibre vil have mange forskellige potentielle anvendelser i de ekstreme miljøer af et fusionsenergikraftværk. Denne teknologi har potentialet til betydeligt at øge mulighederne for fremtidige sensorer og robotvedligeholdelsessystemer i denne sektor, der hjælper UKAEA i deres mission om at levere sikker, bæredygtig fusionskraft med lavt kulstofindhold til nettet."

Hele papiret "Single-mode safir fiber Bragg grating" kan læses i Optics Express . + Udforsk yderligere

Overfladetilstandskobling bruges til at justere termisk forsinkelseskoefficient for fotonisk båndgab hulkernefiber