इतने नाटकीय सुधार का कारण क्या है? सपाट ज्यामिति हाइड्रोस्टेटिक लोडिंग के तहत पारंपरिक गोल फ़ाइबर की तुलना में परिमाण के क्रम से अधिक तनाव-प्रेरित बायरफ़्रिजेंस उत्पन्न करती है - यह निष्कर्ष फ़ाइनाइट एलिमेंट मॉडलिंग द्वारा पुष्टि किया गया । आयताकार क्रॉस-सेक्शन स्वाभाविक रूप से उन बकलिंग और मरोड़ को कम करता है जो यांत्रिक तनाव के तहत गोल फ़ाइबर को प्रभावित करते हैं ।

चपटे फ़ाइबर बनाने की एक बिल्कुल नई विधि

एक सामान्य लेकिन अशुद्ध तरीके का उपयोग करने के बजाय, टीम ने एक उद्देश्य-निर्मित निर्माण विधि का आविष्कार किया। उन्होंने सिलिका प्लेटों को एक चपटे प्रीफ़ॉर्म में ढेर किया और लेज़र-आधारित ग्लास वेल्डिंग का उपयोग करके किनारों को सील कर दिया, जिससे वायु चैनल जैसी आंतरिक सूक्ष्म संरचनाएं बन गईं ।

उस प्रीफ़ॉर्म को फिर एक पारंपरिक फ़ाइबर ड्रा टावर पर आंतरिक सूक्ष्म संरचनाओं के नियंत्रित दबाव के साथ खींचा गया ताकि आकार और दीवार की मोटाई बनी रहे । अंत में, फेमटोसेकंड लेज़र राइटिंग (λ=515 nm, 200 fs पल्स) ने फ़ाइबर ब्रैग ग्रेटिंग्स और आयताकार वेवगाइड को सीधे चपटे फ़ाइबर के अंदर उकेरा ।

प्रीफ़ॉर्म-आधारित यह दृष्टिकोण पोस्ट-ड्रा फ्लैटनिंग की तुलना में कहीं अधिक सटीकता के साथ आंतरिक ज्यामिति को संरक्षित करता है, जिससे उच्च-पहलू-अनुपात प्रोफ़ाइल का पुनरुत्पादन योग्य निर्माण संभव हो पाता है।

दबाव से परे: टिन-मिश्र धातु तापमान संवेदन और अधिक

HARFF प्लेटफ़ॉर्म स्वाभाविक रूप से तनाव, तापमान और दबाव माप के लिए फ़ाइबर ब्रैग ग्रेटिंग (FBG) संवेदन के साथ संगत है । लेकिन टीम ने तापमान संवेदनशीलता के लिए एक विशेष रूप से चतुर संवर्द्धन प्रदर्शित किया: उन्होंने आंतरिक सूक्ष्म संरचना के एक हिस्से को टिन-आधारित (Sn-मिश्र धातु) धातु से भर दिया। इस मल्टी-मटीरियल डिज़ाइन ने फ़ाइबर की तापमान संवेदनशीलता को काफी बढ़ा दिया ।

साथ में, दबाव और तापमान संवेदन क्षमताएं HARFF को एक एकल, कॉम्पैक्ट ग्लास रिबन में एक सच्चा मल्टीपैरामीटर सेंसर बनाती हैं।

इस फ़ाइबर का उपयोग कहाँ होगा?

चूंकि ऑप्टिकल फ़ाइबर विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप से प्रतिरक्षित, हल्के और कठोर वातावरण में काम करने योग्य होते हैं, HARFF प्लेटफ़ॉर्म पारंपरिक गोल ऑप्टिकल फ़ाइबर और इलेक्ट्रॉनिक सेंसर दोनों पर एक बहुमुखी उन्नयन प्रदान करता है । शोधकर्ताओं ने छह क्षेत्रों में अनुप्रयोगों का उल्लेख किया है :

• एयरोस्पेस: विमान और ड्रोन में आंतरिक तनाव और दबाव को महसूस करने के लिए मिश्रित सामग्रियों में एम्बेडेड।
• ऊर्जा प्रणालियाँ: बिजली उत्पादन और वितरण में संरचनात्मक स्वास्थ्य और पर्यावरणीय स्थितियों की निगरानी।
• बुनियादी ढाँचा: पुलों, इमारतों और नागरिक संरचनाओं में निरंतर तनाव और दबाव की निगरानी।
• बायोमेडिकल उपकरण: चिकित्सा उपकरणों के लिए कॉम्पैक्ट, EMI-प्रतिरक्षित सेंसर।
• बैटरी मॉनिटरिंग: असामान्य व्यवहार के शुरुआती संकेतों के रूप में बैटरी कोशिकाओं के अंदर दबाव और तापमान में बदलाव का पता लगाना।
• बुद्धिमान ड्रोन: संरचनात्मक स्वास्थ्य और उड़ान गतिशीलता के लिए हल्का, मल्टीप्लेक्स्ड सेंसिंग।

निचली पंक्ति

HARFF एक मौलिक पुनर्विचार का प्रतिनिधित्व करता है कि ऑप्टिकल फ़ाइबर क्या हो सकता है। दशकों से फ़ाइबर ऑप्टिक्स को परिभाषित करने वाले गोलाकार क्रॉस-सेक्शन को त्यागकर, शोधकर्ताओं ने दबाव संवेदनशीलता में 1,000 गुना सुधार और मल्टीपैरामीटर क्षमता जोड़ी - यह सब पारंपरिक ड्रा टावरों और सुपरिचित सिलिका सामग्रियों का उपयोग करते हुए। परिणाम एक सेंसर प्लेटफ़ॉर्म है जो पुलों से लेकर बैटरियों तक हर चीज़ में वास्तविक दुनिया की तैनाती के लिए तैयार है।

इतने नाटकीय सुधार का कारण क्या है? सपाट ज्यामिति हाइड्रोस्टेटिक लोडिंग के तहत पारंपरिक गोल फ़ाइबर की तुलना में परिमाण के क्रम से अधिक तनाव-प्रेरित बायरफ़्रिजेंस उत्पन्न करती है - यह निष्कर्ष फ़ाइनाइट एलिमेंट मॉडलिंग द्वारा पुष्टि किया गया । आयताकार क्रॉस-सेक्शन स्वाभाविक रूप से उन बकलिंग और मरोड़ को कम करता है जो यांत्रिक तनाव के तहत गोल फ़ाइबर को प्रभावित करते हैं ।

चपटे फ़ाइबर बनाने की एक बिल्कुल नई विधि

एक सामान्य लेकिन अशुद्ध तरीके का उपयोग करने के बजाय, टीम ने एक उद्देश्य-निर्मित निर्माण विधि का आविष्कार किया। उन्होंने सिलिका प्लेटों को एक चपटे प्रीफ़ॉर्म में ढेर किया और लेज़र-आधारित ग्लास वेल्डिंग का उपयोग करके किनारों को सील कर दिया, जिससे वायु चैनल जैसी आंतरिक सूक्ष्म संरचनाएं बन गईं ।

उस प्रीफ़ॉर्म को फिर एक पारंपरिक फ़ाइबर ड्रा टावर पर आंतरिक सूक्ष्म संरचनाओं के नियंत्रित दबाव के साथ खींचा गया ताकि आकार और दीवार की मोटाई बनी रहे । अंत में, फेमटोसेकंड लेज़र राइटिंग (λ=515 nm, 200 fs पल्स) ने फ़ाइबर ब्रैग ग्रेटिंग्स और आयताकार वेवगाइड को सीधे चपटे फ़ाइबर के अंदर उकेरा ।

प्रीफ़ॉर्म-आधारित यह दृष्टिकोण पोस्ट-ड्रा फ्लैटनिंग की तुलना में कहीं अधिक सटीकता के साथ आंतरिक ज्यामिति को संरक्षित करता है, जिससे उच्च-पहलू-अनुपात प्रोफ़ाइल का पुनरुत्पादन योग्य निर्माण संभव हो पाता है।

दबाव से परे: टिन-मिश्र धातु तापमान संवेदन और अधिक

HARFF प्लेटफ़ॉर्म स्वाभाविक रूप से तनाव, तापमान और दबाव माप के लिए फ़ाइबर ब्रैग ग्रेटिंग (FBG) संवेदन के साथ संगत है । लेकिन टीम ने तापमान संवेदनशीलता के लिए एक विशेष रूप से चतुर संवर्द्धन प्रदर्शित किया: उन्होंने आंतरिक सूक्ष्म संरचना के एक हिस्से को टिन-आधारित (Sn-मिश्र धातु) धातु से भर दिया। इस मल्टी-मटीरियल डिज़ाइन ने फ़ाइबर की तापमान संवेदनशीलता को काफी बढ़ा दिया ।

साथ में, दबाव और तापमान संवेदन क्षमताएं HARFF को एक एकल, कॉम्पैक्ट ग्लास रिबन में एक सच्चा मल्टीपैरामीटर सेंसर बनाती हैं।

इस फ़ाइबर का उपयोग कहाँ होगा?

चूंकि ऑप्टिकल फ़ाइबर विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप से प्रतिरक्षित, हल्के और कठोर वातावरण में काम करने योग्य होते हैं, HARFF प्लेटफ़ॉर्म पारंपरिक गोल ऑप्टिकल फ़ाइबर और इलेक्ट्रॉनिक सेंसर दोनों पर एक बहुमुखी उन्नयन प्रदान करता है । शोधकर्ताओं ने छह क्षेत्रों में अनुप्रयोगों का उल्लेख किया है :

• एयरोस्पेस: विमान और ड्रोन में आंतरिक तनाव और दबाव को महसूस करने के लिए मिश्रित सामग्रियों में एम्बेडेड।
• ऊर्जा प्रणालियाँ: बिजली उत्पादन और वितरण में संरचनात्मक स्वास्थ्य और पर्यावरणीय स्थितियों की निगरानी।
• बुनियादी ढाँचा: पुलों, इमारतों और नागरिक संरचनाओं में निरंतर तनाव और दबाव की निगरानी।
• बायोमेडिकल उपकरण: चिकित्सा उपकरणों के लिए कॉम्पैक्ट, EMI-प्रतिरक्षित सेंसर।
• बैटरी मॉनिटरिंग: असामान्य व्यवहार के शुरुआती संकेतों के रूप में बैटरी कोशिकाओं के अंदर दबाव और तापमान में बदलाव का पता लगाना।
• बुद्धिमान ड्रोन: संरचनात्मक स्वास्थ्य और उड़ान गतिशीलता के लिए हल्का, मल्टीप्लेक्स्ड सेंसिंग।

निचली पंक्ति

HARFF एक मौलिक पुनर्विचार का प्रतिनिधित्व करता है कि ऑप्टिकल फ़ाइबर क्या हो सकता है। दशकों से फ़ाइबर ऑप्टिक्स को परिभाषित करने वाले गोलाकार क्रॉस-सेक्शन को त्यागकर, शोधकर्ताओं ने दबाव संवेदनशीलता में 1,000 गुना सुधार और मल्टीपैरामीटर क्षमता जोड़ी - यह सब पारंपरिक ड्रा टावरों और सुपरिचित सिलिका सामग्रियों का उपयोग करते हुए। परिणाम एक सेंसर प्लेटफ़ॉर्म है जो पुलों से लेकर बैटरियों तक हर चीज़ में वास्तविक दुनिया की तैनाती के लिए तैयार है।