Fibra ottica piatta: un nastro di vetro 1.000 volte più sensibile per misurare pressione e temperatura

Un metodo di fabbricazione completamente nuovo

Invece di appiattire una fibra tonda dopo la trafilatura — un approccio comune ma poco preciso — il team ha ideato un metodo di produzione ad hoc. Hanno impilato lastre di silice in una preforma piatta e utilizzato la saldatura laser del vetro per sigillare i lati, creando microstrutture interne come canali d'aria .

Questa preforma è stata poi trafilata su una torre di trafilatura convenzionale con pressurizzazione controllata delle microstrutture per mantenere forma e spessore delle pareti . Infine, la scrittura con laser a femtosecondi (λ=515 nm, impulsi da 200 fs) ha inciso reticoli di Bragg e guide d'onda rettangolari direttamente all'interno della fibra piatta .

Questo approccio basato sulla preforma conserva la geometria interna con una fedeltà molto maggiore rispetto all'appiattimento post-trafilatura, consentendo una produzione riproducibile del profilo ad alto rapporto d'aspetto.

Oltre la pressione: sensori di temperatura con lega di stagno

La piattaforma HARFF è intrinsecamente compatibile con i sensori a reticolo di Bragg (FBG) per misurare deformazione, temperatura e pressione . Ma il team ha dimostrato un miglioramento particolarmente ingegnoso per la sensibilità termica: hanno riempito una parte della microstruttura interna con una lega metallica a base di stagno (Sn). Questo design multi-materiale ha incrementato significativamente la sensibilità della fibra alla temperatura .

Insieme, le capacità di rilevamento di pressione e temperatura rendono la HARFF un vero sensore multi-parametro in un compatto nastro di vetro.

Dove verrà utilizzata questa fibra?

Poiché le fibre ottiche sono immuni alle interferenze elettromagnetiche, leggere e in grado di operare in ambienti difficili, la piattaforma HARFF offre un aggiornamento versatile sia rispetto ai cavi ottici tradizionali che ai sensori elettronici . I ricercatori citano sei ambiti applicativi :

• Aerospaziale: integrata nei materiali compositi per rilevare deformazioni e pressioni interne in aerei e droni.
• Sistemi energetici: monitoraggio della salute strutturale e delle condizioni ambientali nella produzione e distribuzione di energia.
• Infrastrutture: monitoraggio continuo di deformazioni e pressioni in ponti, edifici e opere civili.
• Dispositivi biomedicali: sensori compatti e immuni alle interferenze elettromagnetiche per strumentazione medica.
• Monitoraggio delle batterie: rilevamento di variazioni di pressione e temperatura all'interno delle celle delle batterie come primi segnali di anomalie.
• Droni intelligenti: sensori leggeri e multiplexati per la salute strutturale e la dinamica di volo.

In sintesi

La HARFF rappresenta un ripensamento fondamentale di ciò che una fibra ottica può essere. Abbandonando la sezione circolare che ha definito la fibra ottica per decenni, i ricercatori hanno ottenuto un miglioramento di 1.000 volte nella sensibilità alla pressione e aggiunto capacità multi-parametro — il tutto utilizzando torri di trafilatura convenzionali e materiali di silice ben noti. Il risultato è una piattaforma sensoristica pronta per applicazioni reali, dai ponti alle batterie.