點解會有咁大嘅進步?關鍵在於佢嘅扁平幾何形狀。當受壓嘅時候,呢種形狀會產生比圓形光纖高出好幾個數量級嘅應變引致雙折射(strain-induced birefringence)——呢個發現已經通過有限元素模型(finite element modeling)證實。而且,長方形嘅橫截面本身就可以減少圓形光纖成日遇到嘅屈曲同扭轉問題。
研究團隊做咗一個同傳統方法完全唔同嘅策略。佢哋冇用「拉完再壓扁」呢種常見但唔精準嘅方法,而係發明咗一種專門嘅製造技術。佢哋將二氧化矽板疊起變成扁平嘅預製件,再用激光玻璃焊接去封邊,同時喺入面造出微型結構,例如空氣通道。
然後,呢個預製件就喺一部傳統嘅光纖拉絲塔上進行拉絲,過程中要精準控制微型結構嘅氣壓,以保持形狀同壁厚。最後,研究人員用飛秒激光寫入技術(波長515 nm,脈衝200 fs)直接喺扁平光纖內部刻入光纖布拉格光柵(fiber Bragg gratings)同長方形波導。
呢種以預製件為基礎嘅方法,能夠比「後拉壓扁」更精準保留內部幾何結構,令到高縱橫比嘅形狀可以重複製造。
HARFF呢個平台本身已經可以用光纖布拉格光柵(FBG)去量度應變、溫度同壓力。但團隊仲做咗一個好聰明嘅改良去提升溫度靈敏度:佢哋將內部嘅微型結構一部分注入咗一種錫合金(Sn-alloy)金屬。呢種多材料設計大大提升咗光纖嘅溫度感測能力。
壓力同溫度感測加埋一齊,令到HARFF變成一條能夠同時量度多個參數嘅感測器,而且全部收埋喺一條細細嘅玻璃帶上面。
因為光纖天生抗電磁干擾、輕身、又用得喺惡劣環境,所以HARFF呢個平台提供咗一個比傳統圓形光纖同電子感測器都更優勝嘅升級方案。研究人員列出咗六大應用範疇:
HARFF嘅出現,係對光纖呢個概念嘅一次根本性反思。研究團隊放棄咗主導光纖行業幾十年嘅圓形截面,換嚟咗壓力靈敏度1,000倍嘅提升,仲有多參數感測嘅能力——而佢哋用嘅仍然係傳統嘅拉絲塔同大家熟悉嘅二氧化矽材料。結果係一個準備好用喺現實世界、由橋樑到電池都啱用嘅感測器平台。
點解會有咁大嘅進步?關鍵在於佢嘅扁平幾何形狀。當受壓嘅時候,呢種形狀會產生比圓形光纖高出好幾個數量級嘅應變引致雙折射(strain-induced birefringence)——呢個發現已經通過有限元素模型(finite element modeling)證實。而且,長方形嘅橫截面本身就可以減少圓形光纖成日遇到嘅屈曲同扭轉問題。
研究團隊做咗一個同傳統方法完全唔同嘅策略。佢哋冇用「拉完再壓扁」呢種常見但唔精準嘅方法,而係發明咗一種專門嘅製造技術。佢哋將二氧化矽板疊起變成扁平嘅預製件,再用激光玻璃焊接去封邊,同時喺入面造出微型結構,例如空氣通道。
然後,呢個預製件就喺一部傳統嘅光纖拉絲塔上進行拉絲,過程中要精準控制微型結構嘅氣壓,以保持形狀同壁厚。最後,研究人員用飛秒激光寫入技術(波長515 nm,脈衝200 fs)直接喺扁平光纖內部刻入光纖布拉格光柵(fiber Bragg gratings)同長方形波導。
呢種以預製件為基礎嘅方法,能夠比「後拉壓扁」更精準保留內部幾何結構,令到高縱橫比嘅形狀可以重複製造。
HARFF呢個平台本身已經可以用光纖布拉格光柵(FBG)去量度應變、溫度同壓力。但團隊仲做咗一個好聰明嘅改良去提升溫度靈敏度:佢哋將內部嘅微型結構一部分注入咗一種錫合金(Sn-alloy)金屬。呢種多材料設計大大提升咗光纖嘅溫度感測能力。
壓力同溫度感測加埋一齊,令到HARFF變成一條能夠同時量度多個參數嘅感測器,而且全部收埋喺一條細細嘅玻璃帶上面。
因為光纖天生抗電磁干擾、輕身、又用得喺惡劣環境,所以HARFF呢個平台提供咗一個比傳統圓形光纖同電子感測器都更優勝嘅升級方案。研究人員列出咗六大應用範疇:
HARFF嘅出現,係對光纖呢個概念嘅一次根本性反思。研究團隊放棄咗主導光纖行業幾十年嘅圓形截面,換嚟咗壓力靈敏度1,000倍嘅提升,仲有多參數感測嘅能力——而佢哋用嘅仍然係傳統嘅拉絲塔同大家熟悉嘅二氧化矽材料。結果係一個準備好用喺現實世界、由橋樑到電池都啱用嘅感測器平台。