Nowy kształt światłowodu: wstążka ze szkła tysiąckrotnie poprawia czułość pomiarów

Całkowicie nowy sposób wytwarzania płaskich włókien

Zamiast spłaszczać okrągłe włókno po wyciągnięciu – co jest powszechną, ale niedokładną metodą – zespół opracował dedykowany proces produkcyjny. Ułożono płyty kwarcowe w płaski preform i użyto laserowego spawania szkła do uszczelnienia boków, tworząc wewnętrzne mikrostruktury, takie jak kanały powietrzne .

Preform został następnie wyciągnięty na konwencjonalnej wieży do wyciągania włókien z kontrolowanym ciśnieniem w mikrostrukturach, aby zachować kształt i grubość ścianek . Na koniec za pomocą femtosekundowego lasera (λ=515 nm, impulsy 200 fs) zapisano siatki Bragga i prostokątne falowody bezpośrednio wewnątrz płaskiego włókna .

To podejście preformowe zachowuje wewnętrzną geometrię z o wiele większą wiernością niż spłaszczanie po wyciągnięciu, umożliwiając powtarzalną produkcję profilu o wysokim współczynniku kształtu.

Poza ciśnieniem: pomiar temperatury ze stopem cyny

Platforma HARFF jest z założenia kompatybilna z czujnikami światłowodowymi Bragga (FBG) do pomiaru odkształceń, temperatury i ciśnienia . Zespół zademonstrował jednak szczególnie pomysłowe ulepszenie czułości temperaturowej: wypełnili część wewnętrznej mikrostruktury stopem cyny (Sn-alloy). Ten wielomateriałowy projekt znacznie zwiększył czułość temperaturową włókna .

Razem możliwość pomiaru ciśnienia i temperatury czyni HARFF prawdziwym czujnikiem wieloparametrowym w jednej, kompaktowej szklanej wstążce.

Gdzie to włókno znajdzie zastosowanie?

Ponieważ światłowody są odporne na zakłócenia elektromagnetyczne, lekkie i mogą pracować w trudnych warunkach, platforma HARFF stanowi wszechstronne ulepszenie w stosunku do konwencjonalnych okrągłych światłowodów i czujników elektronicznych . Naukowcy wymieniają sześć obszarów zastosowań :

• Lotnictwo: Wbudowane w materiały kompozytowe do wykrywania naprężeń i ciśnienia w samolotach i dronach.
• Energetyka: Monitorowanie stanu konstrukcji i warunków środowiskowych w wytwarzaniu i dystrybucji energii.
• Infrastruktura: Ciągły monitoring odkształceń i ciśnienia w mostach, budynkach i obiektach cywilnych.
• Urządzenia biomedyczne: Kompaktowe czujniki odporne na zakłócenia elektromagnetyczne do instrumentów medycznych.
• Monitorowanie baterii: Wykrywanie zmian ciśnienia i temperatury wewnątrz ogniw jako wczesnych oznak nieprawidłowego działania.
• Inteligentne drony: Lekkie, multipleksowane czujniki do monitorowania stanu konstrukcji i dynamiki lotu.

Podsumowanie

HARFF to fundamentalne przemyślenie tego, czym może być światłowód. Porzucając okrągły przekrój, który definiował technologię światłowodową przez dekady, badacze uzyskali tysiąckrotną poprawę czułości na ciśnienie i dodali możliwość jednoczesnego pomiaru wielu parametrów – wszystko przy użyciu konwencjonalnych wież wyciągających i dobrze znanych materiałów kwarcowych. Rezultatem jest platforma czujnikowa gotowa do rzeczywistego wdrożenia – od mostów po baterie.