Flat optisk fiber fra KTH og Southampton gjør glass til en ultrasensor

En helt ny måte å lage flate fibre på

I stedet for å flate ut en rund fiber etter trekking – en vanlig, men upresis metode – fant teamet opp en spesialbygd produksjonsmetode. De stablet silikaplater i en flat preform og brukte laserbasert glassveising for å forsegle sidene, og skapte indre mikrostrukturer som luftkanaler .

Deretter ble preformen trukket på et konvensjonelt fibertrekketårn med kontrollert trykksetting av mikrostrukturene for å bevare form og veggtykkelse . Til slutt ble femtosekundlaserskriving (λ=515 nm, 200 fs pulser) brukt til å skrive inn fiber Bragg-gitre og rektangulære bølgeledere direkte inne i den flate fiberen ".

Denne preformbaserte tilnærmingen bevarer den indre geometrien med langt større nøyaktighet enn ettertrekking-flatening, og muliggjør reproduserbar fabrikasjon av høy-aspektforhold-profilen.

Utover trykk: Tinnlegering for temperatursensing og mer

HARFF-plattformen er iboende kompatibel med fiber Bragg-gitter (FBG) sensing for tøyning, temperatur og trykk . Men teamet demonstrerte en spesielt smart forbedring for temperaturfølsomhet: de fylte deler av den indre mikrostrukturen med en tinnbasert (Sn-legering) metall. Dette multimaterialdesignet økte fiberens temperaturfølsomhet betydelig .

Sammen gjør trykk- og temperatursensing-egenskapene HARFF til en ekte flerparametersensor i en enkelt, kompakt glassribbe.

Hvor vil denne fiberen bli brukt?

Siden optiske fibre er immune mot elektromagnetisk interferens, lette og kan brukes i tøffe miljøer, tilbyr HARFF-plattformen en allsidig oppgradering i forhold til både konvensjonelle runde optiske fibre og elektroniske sensorer . Forskerne nevner bruksområder innen sju domener :

• Aerospace: Innebygd i komposittmaterialer for å måle intern tøyning og trykk i fly og droner.
• Energisystemer: Overvåking av strukturell helse og miljøforhold i kraftproduksjon og distribusjon.
• Infrastruktur: Kontinuerlig tøynings- og trykkovervåking i broer, bygninger og sivile konstruksjoner.
• Biomedisinske enheter: Kompakte, EMI-immun sensorer for medisinsk instrumentering.
• Batteriovervåking: Oppdage trykk- og temperaturforandringer inne i battericeller som tidlige tegn på unormal oppførsel.
• Intelligente droner: Lett, multiplekset sensing for strukturell helse og flydynamikk.

Oppsummering

HARFF representerer en grunnleggende nytenkning av hva en optisk fiber kan være. Ved å forlate det sirkulære tverrsnittet som har definert fiberoptikk i flere tiår, låste forskerne opp en 1000-dobling i trykkfølsomhet og la til flerparameteregenskaper – alt ved å bruke konvensjonelle trekketårn og velkjente silikamaterialer. Resultatet er en sensorplattform klar for virkelig bruk i alt fra broer til batterier.