Работа, опубликованная в журнале Оптика Экспресс, использует сапфировое оптическое волокно - нить из промышленно выращенного сапфира толщиной менее полумиллиметра , - которое выдерживает температуру свыше 2000 ° C. Когда свет попадает на один конец сапфирового волокна, часть его отражается обратно от точки вдоль волокна, которая была модифицирована, чтобы быть чувствительной к температуре (известной как решетка Брэгга). Длина волны (цвет) этого отраженного света является мерой температуры в этой точке.

Исследование решает 20-летнюю проблему с существующими датчиками, заключающуюся в том, что, хотя сапфировое волокно кажется очень тонким, по сравнению с длиной волны света оно огромно. Это означает, что свет может проходить по множеству различных путей вдоль сапфирового волокна, что приводит к одновременному отражению множества различных длин волн. Исследователи преодолели эту проблему, создав канал по длине волокна таким образом, чтобы свет содержался в крошечном поперечном сечении диаметром в одну сотую миллиметра. С помощью такого подхода они смогли создать датчик, отражающий преимущественно одну длину волны света.

Первоначальная демонстрация проводилась на коротком отрезке сапфирового волокна длиной 1 см, но исследователи прогнозируют, что будут возможны длины до нескольких метров с несколькими отдельными датчиками вдоль этой длины. Это позволило бы проводить измерения температуры, например, во всем реактивном двигателе. Использование этих данных для адаптации условий работы двигателя в полете потенциально может значительно сократить выбросы оксидов азота и повысить общую эффективность, уменьшая воздействие на окружающую среду. Устойчивость сапфира к радиации также находит применение в космической промышленности и термоядерной энергетике.

Член исследовательской группы доктор Мохан Ванг, факультет инженерных наук Оксфордского университета, сказал:

"Датчики изготовлены с использованием мощного лазера с чрезвычайно короткими импульсами, и существенным препятствием было предотвращение растрескивания сапфира во время этого процесса".

Работа является частью стипендиального гранта EPSRC стоимостью 1,2 млн фунтов стерлингов, предоставленного доктором Джулианом Феллсом на факультете инженерных наук Оксфордского университета, и была выполнена в партнерстве с Rolls-Royce, Управлением по атомной энергии Великобритании (Удаленные приложения в сложных условиях - RACE), Университетом Крэнфилда, Halliburton и MDA Space. и робототехника.

Марк Джеффрис, руководитель отдела университетских исследований Rolls-Royce plc, сказал:

"Это захватывающая новость и еще одно важное научное достижение, ставшее результатом нашего давнего партнерства с Оксфордским университетом. Это фундаментальное исследование могло бы со временем обеспечить более эффективное и точное многоточечное измерение температуры в суровых условиях, улучшив контроль, эффективность и безопасность. Мы с нетерпением ожидаем совместной работы с Оксфордским университетом, чтобы изучить его потенциал.'

Роб Скилтон, руководитель исследований в RACE, Управление по атомной энергии Великобритании, сказал:

"Эти сапфировые оптические волокна будут иметь множество различных потенциальных применений в экстремальных условиях термоядерной энергетической установки. Эта технология потенциально может значительно расширить возможности будущих сенсорных и роботизированных систем технического обслуживания в этом секторе, помогая UKAEA в ее миссии по обеспечению безопасной, устойчивой и низкоуглеродистой термоядерной энергетики в энергосистеме.'

Доктор Феллс, который руководит исследованием, сказал:

"Мы очень благодарны Исследовательскому совету Великобритании по инженерным и физическим наукам (EPSRC) за поддержку этой работы и рецензентам, которые увидели потенциал для предложенной нами сложной работы. Сейчас мы работаем с нашими партнерами над дальнейшим развитием технологии до такой степени, чтобы ее можно было интегрировать в подходящую инфраструктуру.'