เส้นใยแซฟไฟร์สร้างเซ็นเซอร์สภาพแวดล้อมสุดขั้วที่แข็งแกร่ง

ใยแก้วนำแสงโหมดเดียวแบบใหม่ที่ทำจากแซฟไฟร์แทนที่จะเป็นซิลิกาทั่วไป สามารถทนต่ออุณหภูมิที่สูงกว่า 2,000 °C ตลอดจนการแผ่รังสีในระดับสูง แม้ว่าความยาวของเส้นใยในปัจจุบันจะจำกัดไว้ที่ 1 ซม. แต่นักพัฒนาของเส้นใยที่มหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ด สหราชอาณาจักรกล่าวว่าเทคนิคที่พวกเขาใช้ในการสร้างเส้นใยนั้นสามารถขยายได้ถึงหลายเมตร ทำให้มีประโยชน์สำหรับการสำรวจระยะไกล

ในสภาพแวดล้อม

ที่รุนแรงเป็นพิเศษ .ใยแก้วนำแสงมักประกอบด้วยแกนกลางที่ล้อมรอบด้วยวัสดุหุ้ม เนื่องจากแกนกลางมีดัชนีการหักเหของแสงสูงกว่าส่วนที่หุ้มอยู่เล็กน้อย แสงจึงเดินทางผ่านเส้นใยโดยการสะท้อนแสงภายในที่เกือบเต็มจำนวนที่ส่วนต่อประสานแกน/ส่วนหุ้ม ในเส้นใยที่มีแกนค่อนข้างใหญ่ 

(ประมาณ 50 µm) พื้นที่พิเศษช่วยให้แสงไปตามเส้นทางที่มีความยาวต่างกันได้ หมายความว่าแสงที่มีความยาวคลื่นต่างๆ กันจะสะท้อนออกมาพร้อมกัน เส้นใยดังกล่าวเรียกว่า “มัลติโหมด” และแต่ละโหมดมีดัชนีการหักเหของแสงที่มีประสิทธิภาพแตกต่างกัน ในทางตรงกันข้าม เส้นใยที่มีแกนที่แคบกว่า 

(ประมาณ 9 µm) สามารถรองรับโหมดเดียวได้ ในลักษณะที่แสงเดินตามเส้นทางเดียวจากไฟเบอร์แซฟไฟร์แบบมัลติโหมดไปจนถึงโหมดเดี่ยวเส้นใยแก้วนำแสงที่ทำจากแซฟไฟร์แตกต่างจากการออกแบบนี้หลายประการMohan Wang สมาชิกในทีม อธิบาย เส้นใยแซฟไฟร์ทำมาจากผลึกเดี่ยว

ที่เป็นของแข็งของวัสดุ แทนที่จะมีแกนกลางและการหุ้ม ส่วนเส้นใยแซฟไฟร์จะนำทางโดยส่วนต่อประสานระหว่างแซฟไฟร์กับอากาศโดยรอบ เส้นผ่านศูนย์กลางของคริสตัลที่ค่อนข้างใหญ่ (ระหว่าง 60 ถึง 425 µm) หมายความว่าเส้นใยแซฟไฟร์เป็นแบบหลายรูปแบบ: เส้นใยขนาด 75 µm ทั่วไป

อาจมี 20,000 โหมด แสงในแต่ละโหมดจะแพร่กระจายด้วยความเร็วที่แตกต่างกัน ส่งผลให้สัญญาณแสงผิดเพี้ยน ในงานใหม่นี้ และเพื่อนร่วมงานพบวิธีสร้างเส้นใยแซฟไฟร์โหมดเดียวโดยเขียนช่องตามความยาวของเส้นใยขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 425 µm เพื่อให้แสงอยู่ภายในส่วนตัดขวางขนาดเล็กน้อย

กว่า 10 µm 

ใน เส้นผ่านศูนย์กลาง นักวิจัยทำสิ่งนี้โดยเลือกจุดภายในส่วนตัดขวางของแซฟไฟร์ไฟเบอร์เพื่อเป็น “แกนกลาง” จากนั้นพวกเขาฉายไพลินรอบๆ บริเวณนี้ด้วยแสงเลเซอร์ที่สั้นมาก (170 เฟมโตวินาที) ซึ่งสร้างชั้นหุ้มอย่างมีประสิทธิภาพโดยการลดดัชนีการหักเหของแสงในท้องถิ่น

“เราทำได้สำเร็จโดยการเขียนแถบเป็นชุดตามความยาวของเส้นใย เริ่มต้นที่ด้านล่างและไล่ไปรอบๆ แกนจนถึงด้านบน” Wang อธิบาย เขากล่าวต่อถึงความท้าทายที่สำคัญก็คือ แซฟไฟร์มีค่าดัชนีการหักเหของแสงสูงและไม่แบนราบ แต่ส่วนตัดขวางของมันกลับดูเหมือนหกเหลี่ยมมน ทำให้เกิดความบิดเบี้ยว

อย่างมากเมื่อนักวิจัยพยายามโฟกัสแสงภายในเส้นใยและบังคับให้ใช้ออปติคแบบปรับได้เพื่อแก้ไขให้ถูกต้องเซ็นเซอร์ที่ใช้ตะแกรง นักวิจัยใช้เทคนิคการเขียนด้วยเลเซอร์นี้เพื่อสร้างสิ่งที่เรียกว่า ซึ่งเป็นการเปลี่ยนแปลงเป็นระยะของดัชนีการหักเหของแสงตามความยาวของเส้นใย “ ถ้าไฟเบอร์

เป็นแบบโหมดเดียวไฟเบอร์ของตะแกรงแบรกก์จะสะท้อนแสงที่ความยาวคลื่นเฉพาะ (แบรกก์) ตามระดับเสียงของตะแกรงและดัชนีการหักเหของแสงที่มีประสิทธิภาพ” วังอธิบาย “การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและความเครียดส่งผลต่อคุณสมบัติเหล่านี้และสามารถวัดได้จากความยาวคลื่นของแสง

ที่สะท้อน ทำให้ไฟเบอร์สามารถใช้เป็นเซ็นเซอร์ได้ ความพยายามก่อนหน้านี้ที่ในเส้นใยแซฟไฟร์แบบมัลติโหมดมียอดการสะท้อนหลายจุด หนึ่งจุดสำหรับแต่ละโหมด ส่งผลให้เกิดความไม่แน่นอนในการวัด”

ทีมงานของอ็อกซ์ฟอร์ดกำลังพยายามทำให้เส้นใยแซฟไฟร์ยาวขึ้น  เริ่มจากไม่กี่เซนติเมตร 

แต่ในที่สุด

อาจสูงถึงหลายเมตร ผู้นำการศึกษากล่าว เส้นใยที่ยาวขึ้นอาจมีเซ็นเซอร์หลายตัวและอาจใช้ในการวัดอุณหภูมิตลอดปริมาตรของเครื่องยนต์ไอพ่น ซึ่งอุณหภูมิจะเกินค่าสูงสุด 1,000 °C ได้อย่างง่ายดายสำหรับเส้นใยซิลิกา แนะนำว่าข้อมูลจากการวัดดังกล่าวสามารถช่วยลดการปล่อยก๊าซไนโตรเจน

การใช้งานที่เป็นไปได้อื่นๆ สำหรับไฟเบอร์ ได้แก่ การตรวจจับในสภาพแวดล้อมที่มีระดับรังสีสูง “เนื่องจากแซฟไฟร์ทนทานต่อการแผ่รังสี จึงมีข้อได้เปรียบเหนือเส้นใยซิลิกาทั่วไป ซึ่งได้รับความเสียหายจากรังสี” ไดออกไซด์โดยการเปลี่ยนแปลงสภาพของเครื่องยนต์ระหว่างการบิน

โดยการหันหลายหน้าเข้าหาเสาอากาศ (มักเป็นรูปสามเหลี่ยม) และ/หรือติดตั้งเสาอากาศบนกิมเบิลแบบหมุนได้เพื่อให้ครอบคลุมได้ 360°สำหรับการใช้งานในอากาศ ข้อจำกัดของมุมการสแกนอาจจำเป็นต้องเอาชนะด้วยการเคลื่อนไหวทางกลหรืออาร์เรย์หลายตัว ตัวอย่างหนึ่งทางอากาศสามารถพบได้ในเรดาร์ 

ที่จะติดตั้งบนเครื่องบินขับไล่ JF-17 ซึ่งพัฒนาโดยสถาบันวิจัยเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์หนานจิงในประเทศจีน เครื่องบินลำนี้ใช้ AESA สองประเภท: AESA แบบจานแบนเคลื่อนที่เดียว และรุ่นที่มีเสาอากาศ AESA ด้านหน้าหนึ่งตัวและอาร์เรย์ AESA สองด้าน เมื่อออกแบบระบบเรดาร์ 

การแลกเปลี่ยนระหว่างการสแกนแบบอิเล็กทรอนิกส์และกลไกนั้นซับซ้อน ไม่ใช่กรณีที่ระบบบังคับเลี้ยวด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์เข้ามาแทนที่ระบบกลไกโดยสิ้นเชิง แม้ว่าเสาอากาศที่สแกนด้วยกลไกจะมีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวได้ซึ่งอาจแตกหักได้ และจำเป็นต้องบำรุงรักษาและสอบเทียบ 

แต่เสาอากาศเองก็มีความซับซ้อนน้อยกว่าและถูกกว่าในการผลิตมากกว่า AESA ข้อมูลที่พวกเขาสร้างขึ้นยังถูกประมวลผลได้ง่ายกว่า ซึ่งทำให้มีการหมุนเวียนข้อมูลเป็นเวลานานสำหรับเครื่องตรวจจับแสง และยังเป็นวัสดุช่องสัญญาณสำหรับทรานซิสเตอร์แบบฟิล์มบาง” กล่าว ลี หรือปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวม “เรากำลังสำรวจโอกาสในการติดตั้งแท่นทดสอบเครื่องยนต์อากาศยานร่วมกับพันธมิตรของเราอย่าง

credit: sellwatchshop.com kaginsamericana.com NeworleansCocktailBlog.com coachfactoryoutletswebsite.com lmc2web.com thegillssell.com jumpsuitsandteleporters.com WagnerBlog.com moshiachblog.com