Сапфировое волокно может обеспечить более чистую энергию и воздушные путешествия

Исследователи из Оксфордского университета использовали сапфировое оптическое волокно — нить из промышленно выращенного сапфира толщиной менее полмиллиметра, способную выдерживать температуры свыше 2000°C. Когда свет вводится в один конец сапфирового волокна, часть света отражается обратно от точки вдоль волокна, которая была модифицирована, чтобы быть чувствительной к температуре (известной как решетка Брэгга). Длина волны (цвет) этого отраженного света является мерой температуры в этой точке.

Исследование решает 20-летнюю проблему с существующими датчиками:хотя сапфировое волокно кажется очень тонким, по сравнению с длиной волны света оно огромно. Это означает, что свет может проходить по сапфировому волокну разными путями, что приводит к одновременному отражению множества различных длин волн. Исследователи преодолели эту проблему, написав канал по длине волокна, так что свет содержится в крошечном поперечном сечении, в одну сотую миллиметра в диаметре. При таком подходе им удалось создать датчик, отражающий преимущественно свет одной длины волны.

Первоначальная демонстрация проводилась на коротком отрезке сапфирового волокна длиной 1 см, но исследователи предсказывают, что возможна длина до нескольких метров с несколькими отдельными датчиками вдоль этой длины. Это позволит, например, измерять температуру во всем реактивном двигателе. Использование этих данных для адаптации условий работы двигателя в полете может значительно сократить выбросы оксидов азота и повысить общую эффективность, уменьшая воздействие на окружающую среду. Стойкость сапфира к радиации также позволяет использовать его в космической и термоядерной энергетике.

Доктор Мохан Ван, член исследовательской группы инженерных наук, говорит:"Датчики изготавливаются с использованием мощного лазера с чрезвычайно короткими импульсами, и существенным препятствием было предотвращение растрескивания сапфира во время этого процесса".

Работа является частью стипендиального гранта EPSRC в размере 1,2 млн фунтов стерлингов, предоставленного научным сотрудником Департамента EPSRC доктором Джулианом Феллсом, и была выполнена в партнерстве с Rolls-Royce, Управлением по атомной энергии Великобритании (удаленные приложения в сложных условиях — RACE), Крэнфилдский университет. , Halliburton и MDA Space and Robotics.

Роб Скилтон, руководитель отдела исследований в RACE, Управление по атомной энергии Великобритании, говорит:«Эти сапфировые оптические волокна будут иметь множество различных потенциальных применений в экстремальных условиях термоядерной энергетической установки. Эта технология может значительно расширить возможности будущих датчиков и роботизированных систем обслуживания в этом секторе, помогая UKAEA в ее миссии по обеспечению безопасной, устойчивой и низкоуглеродной термоядерной энергии в энергосистеме."