Saffier Optische Vezel Belooft Schonere Energie en Veiliger Luchtvaart

Onderzoekers aan Oxford University hebben een saffier optische vezel gebruikt — een draad van industriëel gegroeide saffier dunner dan half een millimeter — die temperaturen boven 2000°C kan weerstaan. Wanneer licht in het ene uiteinde van de saffier vezel wordt geïnjecteerd, wordt er een deel teruggereflecteerd vanaf een punt langs de vezel dat is gemodificeerd om gevoelig te zijn voor temperatuur (bekend als een Bragg-golf). 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 die, hoewel de saffier vezel erg dun lijkt, in vergelijking met de golflengte van licht enorm is. Dit betekent dat het licht veel verschillende paden langs de saffier vezel kan nemen, wat resulteert in veel verschillende golflengtes die tegelijkertijd worden gereflecteerd. De onderzoekers losten dit probleem op door een kanaal langs de lengte van de vezel te schrijven, zodat het licht binnen een minuscule doorsnede, éénhonderdste van een millimeter in diameter, blijft. Met deze benadering konden ze een sensor maken die voornamelijk één enkele golflengte van licht reflecteert.

De initiële demonstratie was op een korte lengte van saffier vezel van 1 cm, maar de onderzoekers voorspellen dat lengtes van tot verschillende meters mogelijk zullen zijn, met een aantal afzonderlijke sensoren langs deze lengte. Dit zou temperatuurmetingen doorheen een straalmotor mogelijk maken, bijvoorbeeld. Het gebruik van deze data om motorcondities in de vlucht aan te passen, heeft het potentieel om stikstofoxide-uitstoot aanzienlijk te reduceren en de algehele efficiëntie te verbeteren, wat de milieu-impact reduceert. De weerstand van saffier tegen straling geeft ook toepassingen in de ruimtevaart- en fusie-energie-industrieën.

Engineering Science research teamlid Dr Mohan Wang zegt: 'De sensoren zijn geproduceerd met een high-power laser met extrem korte pulsen en een significante obstakel was het voorkomen dat de saffier barstte tijdens dit proces.'

Het werk maakt deel uit van een £1,2M EPSRC Fellowship Grant gehouden door de afdeling's EPSRC Research Fellow Dr Julian Fells en werd uitgevoerd in samenwerking met Rolls-Royce, de UK Atomic Energy Authority (Remote Applications in Challenging Environments – RACE), Cranfield University, Halliburton en MDA Space and Robotics.

Rob Skilton, Hoofd van Onderzoek bij RACE, UK Atomic Energy Authority zegt: 'Deze saffier optische vezels 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 robotische onderhoudssystemen in deze sector aanzienlijk te vergroten, wat UKAEA helpt in haar missie om veilige, duurzame, lage koolstof fusie-energie aan het net te leveren.'