Các nhà khoa học tại Đại học Oxford đã phát triển 1 loại cảm biến mới làm từ sợi sapphire (sapphire fiber) siêu mỏng, có thể chịu đựng được nhiệt độ và bức xạ cực cao. Bước đột phá này là giải pháp cho vấn đề theo dõi thông tin ở môi trường siêu khắc nghiệt như trong các lò phản ứng nhiệt hạch (nuclear fusion reactor) hay trong động cơ phản lực.
Cảm biến cách tử Fiber Bragg (Fiber Bragg grating - FBG) thông thường sử dụng để theo dõi nhiệt độ và độ căng trong các hệ thống truyền thông quang học trước đây sử dụng vật liệu là sợi quang silica (silica optical fiber). Chúng bắt đầu gặp độ lệch bước sóng đáng kể khi hoạt động ở ngưỡng nhiệt độ từ 900 độ C, và có giới hạn nhiệt độ hoạt động dưới 1000 độ C. Nếu sử dụng sapphire fiber để tạo nên cảm biến FBG, chúng hứa hẹn có độ ổn định cao và lâu dài ở ngưỡng 1400 độ, đồng thời khả năng chịu được đến 1900 độ. Điều này cho phép cảm biến dễ dàng thực hiện sứ mệnh giám sát tuabin khí trong động cơ phản lực, giảm phát thải và cải thiện hiệu suất. Ngoài ra, sapphire có đặc tính chống bức xạ nên thích hợp dùng trong lò phản ứng hạt nhân và cả ngoài không gian (tránh hiện tượng radiation-darkening).
Hệ thống chế tạo dùng tia laser femtosecond
Dù cho cảm biến FBG bằng sợi sapphire bền như vậy nhưng chúng cũng có điểm yếu. Các sợi này có chiều rộng chưa đến 0.5 mm, nhưng vẫn rất dày so với bước sóng ánh sáng, vì vậy ánh sáng khi đi qua sẽ bị phản xạ lại ở bên trong với các bước sóng khác nhau. Cảm biến có thể đọc được thông tin về nhiệt độ chẳng hạn, là nhờ vào bước sóng cụ thể của ánh sáng phản xạ lại, nhưng chính vì quá lớn, sự phản xạ ngay bên trong sợi sapphire sẽ tạo ra nhiễu và khiến cảm biến trở nên vô dụng. Để khắc phục điểm yếu này, các nhà khoa học sử dụng tia laser femtosecond để khắc 1 đường dọc theo chiều dài của sapphire fiber nhằm dẫn ánh sáng đi theo 1 con đường thẳng và hẹp (đường kính chỉ 1/100 mm).
Hiện tại, cảm biến bằng sợi sapphire chỉ có chiều dài 1 cm nhưng các nhà nghiên cứu tin rằng việc phát triển các phiên bản khác có chiều dài đến vài mét là chuyện khả thi. Khi đó, cảm biến có thể được dùng để đo nhiệt độ suốt chiều dài bên trong động cơ phản lực, cho phép điều chỉnh ngay lập tức các thông số để nâng cao hơn nữa hiệu suất của chuyến bay, đồng thời giảm thải ô nhiễm.
Cảm biến cách tử Fiber Bragg (Fiber Bragg grating - FBG) thông thường sử dụng để theo dõi nhiệt độ và độ căng trong các hệ thống truyền thông quang học trước đây sử dụng vật liệu là sợi quang silica (silica optical fiber). Chúng bắt đầu gặp độ lệch bước sóng đáng kể khi hoạt động ở ngưỡng nhiệt độ từ 900 độ C, và có giới hạn nhiệt độ hoạt động dưới 1000 độ C. Nếu sử dụng sapphire fiber để tạo nên cảm biến FBG, chúng hứa hẹn có độ ổn định cao và lâu dài ở ngưỡng 1400 độ, đồng thời khả năng chịu được đến 1900 độ. Điều này cho phép cảm biến dễ dàng thực hiện sứ mệnh giám sát tuabin khí trong động cơ phản lực, giảm phát thải và cải thiện hiệu suất. Ngoài ra, sapphire có đặc tính chống bức xạ nên thích hợp dùng trong lò phản ứng hạt nhân và cả ngoài không gian (tránh hiện tượng radiation-darkening).
Hệ thống chế tạo dùng tia laser femtosecond
Dù cho cảm biến FBG bằng sợi sapphire bền như vậy nhưng chúng cũng có điểm yếu. Các sợi này có chiều rộng chưa đến 0.5 mm, nhưng vẫn rất dày so với bước sóng ánh sáng, vì vậy ánh sáng khi đi qua sẽ bị phản xạ lại ở bên trong với các bước sóng khác nhau. Cảm biến có thể đọc được thông tin về nhiệt độ chẳng hạn, là nhờ vào bước sóng cụ thể của ánh sáng phản xạ lại, nhưng chính vì quá lớn, sự phản xạ ngay bên trong sợi sapphire sẽ tạo ra nhiễu và khiến cảm biến trở nên vô dụng. Để khắc phục điểm yếu này, các nhà khoa học sử dụng tia laser femtosecond để khắc 1 đường dọc theo chiều dài của sapphire fiber nhằm dẫn ánh sáng đi theo 1 con đường thẳng và hẹp (đường kính chỉ 1/100 mm).
Hiện tại, cảm biến bằng sợi sapphire chỉ có chiều dài 1 cm nhưng các nhà nghiên cứu tin rằng việc phát triển các phiên bản khác có chiều dài đến vài mét là chuyện khả thi. Khi đó, cảm biến có thể được dùng để đo nhiệt độ suốt chiều dài bên trong động cơ phản lực, cho phép điều chỉnh ngay lập tức các thông số để nâng cao hơn nữa hiệu suất của chuyến bay, đồng thời giảm thải ô nhiễm.
