Fibra ottica zaffiro. Credito:Julian Fells/Università di Oxford
I ricercatori dell'Università di Oxford hanno sviluppato un sensore in fibra di zaffiro in grado di tollerare temperature estreme, con il potenziale per consentire miglioramenti significativi dell'efficienza e riduzione delle emissioni nel settore aerospaziale e della produzione di energia.
Il lavoro, pubblicato sulla rivista Optics Express , utilizza una fibra ottica di zaffiro, un filo di zaffiro coltivato industrialmente con uno spessore inferiore a mezzo millimetro, che può resistere a temperature superiori a 2000°C. Quando la luce viene iniettata su un'estremità della fibra di zaffiro, parte viene riflessa da un punto lungo la fibra che è stato modificato per essere sensibile alla temperatura (noto come reticolo di Bragg). La lunghezza d'onda (colore) di questa luce riflessa è una misura della temperatura in quel punto.
La ricerca risolve un problema di 20 anni con i sensori esistenti, mentre la fibra di zaffiro sembra molto sottile, rispetto alla lunghezza d'onda della luce è enorme. Ciò significa che la luce può prendere molti percorsi diversi lungo la fibra di zaffiro, il che si traduce in molte lunghezze d'onda diverse riflesse contemporaneamente. I ricercatori hanno superato questo problema scrivendo un canale lungo la lunghezza della fibra, in modo tale che la luce sia contenuta all'interno di una minuscola sezione trasversale, un centesimo di millimetro di diametro. Con questo approccio, sono stati in grado di realizzare un sensore che riflette prevalentemente una singola lunghezza d'onda della luce.
La dimostrazione iniziale riguardava un breve tratto di fibra di zaffiro lungo 1 cm, ma i ricercatori prevedono che saranno possibili lunghezze fino a diversi metri, con un numero di sensori separati lungo questa lunghezza. Ciò consentirebbe, ad esempio, di effettuare misurazioni della temperatura in un motore a reazione. L'utilizzo di questi dati per adattare le condizioni del motore in volo ha il potenziale per ridurre significativamente le emissioni di ossido di azoto e migliorare l'efficienza complessiva, riducendo l'impatto ambientale. La resistenza dello zaffiro alle radiazioni offre applicazioni anche nell'industria spaziale e nell'energia da fusione.
Fibra ottica zaffiro. Credito:Julian Fells/Università di Oxford
Il membro del team di ricerca, il dottor Mohan Wang, del Dipartimento di scienze ingegneristiche dell'Università di Oxford, ha dichiarato:
"I sensori sono fabbricati utilizzando un laser ad alta potenza con impulsi estremamente brevi e un ostacolo significativo impediva la rottura dello zaffiro durante questo processo."
Mark Jefferies, Chief of University Research Liaison presso Rolls-Royce plc, ha dichiarato:"Questa è una notizia entusiasmante e un altro importante risultato scientifico derivante dalla nostra partnership di lunga data con l'Università di Oxford. Questa ricerca fondamentale potrebbe col tempo consentire multi- misurazione della temperatura del punto in ambienti difficili, migliorando il controllo, l'efficienza e la sicurezza. Non vediamo l'ora di collaborare con l'Università di Oxford per esplorarne il potenziale."
Fibra ottica zaffiro. Credito:Julian Fells/Università di Oxford
Rob Skilton, Head of Research presso RACE, UK Atomic Energy Authority, ha dichiarato:"Queste fibre ottiche in zaffiro avranno molte diverse potenziali applicazioni negli ambienti estremi di una centrale elettrica a fusione. Questa tecnologia ha il potenziale per aumentare significativamente le capacità del futuro sensore e sistemi di manutenzione robotica in questo settore, aiutando l'UKAEA nella sua missione di fornire alla rete energia da fusione sicura, sostenibile e a basse emissioni di carbonio."
Il documento completo "Reticolo di Bragg in fibra di zaffiro monomodale" può essere letto in Optics Express . + Esplora ulteriormente
