Исследователи из Оксфордского университета разработали датчик из сапфирового волокна, который может выдерживать экстремальные температуры и потенциально может обеспечить значительное повышение эффективности и снижение выбросов в аэрокосмической отрасли и производстве электроэнергии.
В работе, опубликованной в журнале Optics Express, используется сапфировое оптическое волокно — нить из промышленно выращенного сапфира толщиной менее полмиллиметра — которое может выдерживать температуры свыше 2000°C. Когда свет подается на один конец сапфирового волокна, часть света отражается обратно от точки на волокне, 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 всей длине волокна, так что свет содержится в крошечном поперечном сечении, в одну сотую миллиметра в диаметре. При таком подходе они смогли создать датчик, отражающий преимущественно свет с одной длиной 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 находит применение в космической и термоядерной энергетике.
Член исследовательской группы д-р Мохан Ван, факультет инженерных наук Оксфордского университета, сказал:
«Датчики изготавливаются с использованием мощного лазера с чрезвычайно короткими импульсами, и существенным препятствием было предотвращение растрескивания сапфира во время этого процесса».
Марк Джеффрис, руководитель отдела университетских исследований Rolls-Royce plc, сказал:
«Это захватывающая новость и еще одно важное научное достижение, ставшее результатом нашего давнего партнерства с Оксфордским университетом. Это фундаментальное исследование может со временем обеспечить более эффективное и точное многоточечное измерение температуры в суровых условиях, улучшая контроль, эффективность и безопасность. Мы рассчитываем на сотрудничество с Оксфордским университетом для изучения его потенциала».
