סיב אופטי שטוח פי 1,000 רגיש יותר: ה-HARFF שמהפך זכוכית לחיישן-על

שיטת ייצור חדשה לחלוטין לסיבים שטוחים

במקום לשטח סיב עגול לאחר המשיכה – גישה נפוצה אך לא מדויקת – הצוות המציא שיטת ייצור ייעודית. הם ערמו לוחות סיליקה לדְפוּס שטוח והשתמשו בריתוך בלייזר לאטום את הדפנות, תוך יצירת מבנים פנימיים זעירים כמו תעלות אוויר .

הדפוס נמשך לאחר מכן במגדל משיכת סיבים קונבנציונלי תוך לחץ מבוקר על המיקרו-מבנים לשמירה על הצורה ועובי הדופן . לבסוף, חריטת לייזר בפמטושנייה (λ=515 nm, פולסים של 200 fs) חקקה סורגי Bragg (FBG) וגלים מלבניים ישירות בתוך הסיב השטוח .

גישה מבוססת-דפוס זו משמרת את הגיאומטריה הפנימית בנאמנות גבוהה בהרבה משיטות השטחה לאחר המשיכה, ומאפשרת ייצור בר-שחזור של פרופיל בעל יחס גובה–רוחב קיצוני.

מעבר ללחץ: חישת טמפרטורה עם סגסוגת בדיל ועוד

פלטפורמת HARFF תואמת מטבעה לחישת סורגי Bragg (FBG) למדידות מאמץ, טמפרטורה ולחץ . אך הצוות הדגים חיזוק חכם במיוחד לרגישות הטמפרטורה: הם מילאו חלק מהמיקרו-מבנה הפנימי בסגסוגת על בסיס בדיל (Sn-alloy). תכנון רב-חומרי זה הגביר משמעותית את רגישות הטמפרטורה של הסיב .

יחד, יכולות חישת הלחץ והטמפרטורה הופכות את HARFF לחיישן רב-פרמטרי אמיתי ברצועת זכוכית קומפקטית אחת.

היכן ישמש הסיב הזה?

מכיוון שסיבים אופטיים חסינים להפרעות אלקטרומגנטיות, קלי משקל ומסוגלים לפעול בסביבות קשות, פלטפורמת HARFF מציעה שדרוג רב-תכליתי על פני סיבים אופטיים עגולים רגילים וגם על פני חיישנים אלקטרוניים . החוקרים מציינים אזורי יישום בשישה תחומים :

• תעופה וחלל: הטמעה בחומרים מרוכבים לחישת מאמץ ולחץ פנימיים במטוסים וברחפנים.
• מערכות אנרגיה: ניטור בריאות מבנית ותנאי סביבה בייצור והולכת חשמל.
• תשתיות: ניטור רציף של מאמץ ולחץ בגשרים, מבנים אזרחיים ומבני ציבור.
• מכשור רפואי: חיישנים קומפקטיים חסיני EMI למכשור רפואי.
• ניטור סוללות: זיהוי שינויי לחץ וטמפרטורה בתוך תאי סוללה כסימן מוקדם להתנהגות חריגה.
• רחפנים חכמים: חישה מרובה-ערוצים קלת משקל לניטור בריאות מבנית ודינמיקת טיסה.

השורה התחתונה

HARFF מייצג חשיבה מחודשת על מה שסיב אופטי יכול להיות. על ידי נטישת החתך העגול שהגדיר את האופטיקה הסיבית במשך עשורים, החוקרים פתחו שיפור של פי 1,000 ברגישות ללחץ והוסיפו יכולת חישה רב-פרמטרית – תוך שימוש במגדלי משיכה קונבנציונליים ובחומרי סיליקה מוכרים. התוצאה היא פלטפורמת חישה מוכנה לפריסה בעולם האמיתי, מגשרים ועד סוללות.