Сапфировое оптоволокно обещает чистую энергию и более безопасные авиаперелеты

Исследователи Оксфордского университета использовали сапфировое оптоволокно — нить из промышленно выращенного сапфира толщиной менее половины миллиметра — которое выдерживает температуры свыше 2000 °C. Когда свет вводится в один конец сапфирового волокна, часть отражается обратно от точки вдоль волокна, модифицированной для чувствительности к температуре (известной как Брагговская решетка). Длина волны (цвет) этого отраженного света является мерой температуры в этой точке.

Исследование решает 20-летнюю проблему существующих датчиков: хотя сапфировое волокно кажется очень тонким, по сравнению с длиной волны света оно огромно. Это означает, что свет может идти множеством разных путей вдоль сапфирового волокна, что приводит к отражению множества разных длин волн одновременно. Исследователи преодолели эту проблему, записав канал вдоль длины волокна, так что свет содержится в крошечном поперечном сечении, одна сотая миллиметра в диаметре. С этим подходом они смогли сделать датчик, отражающий преимущественно одну длину волны света.

Первоначальная демонстрация была на коротком участке сапфирового волокна длиной 1 см, но исследователи предсказывают, что длины до нескольких метров будут возможны, с рядом отдельных датчиков вдоль этой длины. Это позволит проводить температурные измерения по всему реактивному двигателю, например. Использование этих данных для адаптации условий двигателя в полете имеет потенциал значительно снизить выбросы оксидов азота и повысить общую эффективность, уменьшая воздействие на окружающую среду. Устойчивость сапфира к излучению также дает применения в космической и термоядерной энергетике.

Член исследовательской команды по инженерным наукам д-р Мохан Ван говорит: «Датчики изготавливаются с использованием высокомощного лазера с экстремально короткими импульсами, и значительным препятствием было предотвращение трещин в сапфире в этом процессе».

Работа является частью гранта EPSRC Fellowship на £1,2 млн, которым обладает EPSRC Research Fellow д-р Джулиан Феллс, и проводилась в партнерстве с Rolls-Royce, UK Atomic Energy Authority (Remote Applications in Challenging Environments – RACE), Кранфилдским университетом, Halliburton и MDA Space and Robotics.

Роб Скилтон, руководитель исследований в RACE, UK Atomic Energy Authority, говорит: «Эти сапфировые оптоволокна будут иметь множество потенциальных приложений в экстремальных средах термоядерной электростанции. Эта технология имеет потенциал значительно увеличить возможности будущих сенсорных и роботизированных систем обслуживания в этом секторе, помогая UKAEA в своей миссии доставки безопасной, устойчивой, низкоуглеродной термоядерной энергии в сеть».