ثورة الألياف البصرية المسطحة: شريط زجاجي يصبح مستشعرًا فائقًا بدقة 1000 ضعف

طريقة تصنيع جديدة كليًا

بدلاً من تسطيح الألياف المستديرة بعد السحب - وهو نهج شائع ولكنه غير دقيق - ابتكر الفريق طريقة تصنيع مخصصة. قاموا بتكديس ألواح السيليكا في هيكل أولي مسطح واستخدموا اللحام بالليزر للزجاج لإغلاق الجوانب، مما أدى إلى إنشاء هياكل داخلية دقيقة مثل قنوات الهواء .

ثم تم سحب هذا الهيكل الأولي على برج سحب ألياف تقليدي مع التحكم في ضغط الهياكل الدقيقة للحفاظ على الشكل وسمك الجدار . أخيرًا، تم استخدام الكتابة بالليزر الفيمتوثاني (λ=515 نانومتر، نبضات 200 fs) لنقش شبكات براغ البصرية وأدلة موجية مستطيلة مباشرة داخل الألياف المسطحة .

يحافظ هذا النهج القائم على الهيكل الأولي على الهندسة الداخلية بدقة أكبر بكثير من التسطيح بعد السحب، مما يتيح تصنيعًا قابلاً للتكرار لمظهر نسبة العرض إلى الارتفاع العالية.

أبعد من الضغط: استشعار درجة الحرارة بسبائك القصدير والمزيد

منصة HARFF متوافقة بطبيعتها مع استشعار شبكات براغ البصرية (FBG) لقياس الإجهاد ودرجة الحرارة والضغط . لكن الفريق أظهر تحسينًا ذكيًا بشكل خاص لحساسية درجة الحرارة: قاموا بملء جزء من البنية الداخلية الدقيقة بمعدن قائم على القصدير (سبيكة Sn). أدى هذا التصميم متعدد المواد إلى تعزيز حساسية الألياف لدرجة الحرارة بشكل كبير .

معًا، تجعل قدرات استشعار الضغط ودرجة الحرارة من HARFF مستشعرًا حقيقيًا متعدد المعايير في شريط زجاجي واحد مدمج.

أين ستستخدم هذه الألياف؟

نظرًا لأن الألياف البصرية محصنة ضد التداخل الكهرومغناطيسي وخفيفة الوزن وقابلة للتشغيل في البيئات القاسية، تقدم منصة HARFF ترقية متعددة الاستخدامات على كل من الألياف البصرية المستديرة التقليدية وأجهزة الاستشعار الإلكترونية . يذكر الباحثون مجالات تطبيق في ستة قطاعات :

• الفضاء: مدمجة في المواد المركبة لاستشعار الإجهاد الداخلي والضغط في الطائرات والطائرات المسيرة.
• أنظمة الطاقة: مراقبة الصحة الهيكلية والظروف البيئية في توليد وتوزيع الطاقة.
• البنية التحتية: مراقبة مستمرة للإجهاد والضغط في الجسور والمباني والمنشآت المدنية.
• الأجهزة الطبية الحيوية: أجهزة استشعار مدمجة ومحصنة ضد التداخل الكهرومغناطيسي للأجهزة الطبية.
• مراقبة البطاريات: الكشف عن تغيرات الضغط ودرجة الحرارة داخل خلايا البطارية كعلامات مبكرة على السلوك غير الطبيعي.
• الطائرات المسيرة الذكية: استشعار خفيف الوزن ومتعدد الإرسال للصحة الهيكلية وديناميكيات الطيران.

الخلاصة

يمثل HARFF إعادة تفكير أساسية في ماهية الألياف البصرية. من خلال التخلي عن المقطع العرضي الدائري الذي حدد الألياف البصرية لعقود، أطلق الباحثون تحسنًا بمقدار 1000 ضعف في حساسية الضغط وأضافوا قدرة متعددة المعايير - كل ذلك باستخدام أبراج سحب تقليدية ومواد سيليكا معروفة جيدًا. والنتيجة هي منصة استشعار جاهزة للتطبيق في العالم الحقيقي في كل شيء من الجسور إلى البطاريات.