Des chercheurs de l'Université d'Oxford ont développé un capteur en fibre de saphir qui peut tolérer des températures extrêmes, avec le potentiel d'améliorer considérablement l'efficacité et la réduction des émissions dans l'aérospatiale et la production d'électricité.

Les travaux, publiés dans la revue Optics Express , utilise une fibre optique en saphir - un fil de saphir cultivé industriellement de moins d'un demi-millimètre d'épaisseur - qui peut résister à des températures supérieures à 2000°C. Lorsque la lumière est injectée sur une extrémité de la fibre de saphir, une partie est réfléchie à partir d'un point le long de la fibre qui a été modifié pour être sensible à la température (connu sous le nom de réseau de Bragg). La longueur d'onde (couleur) de cette lumière réfléchie est une mesure de la température à ce point.

La recherche résout un problème vieux de 20 ans avec les capteurs existants - alors que la fibre de saphir semble très mince, par rapport à la longueur d'onde de la lumière, elle est énorme. Cela signifie que la lumière peut emprunter de nombreux chemins différents le long de la fibre de saphir, ce qui entraîne la réflexion simultanée de plusieurs longueurs d'onde différentes. Les chercheurs ont surmonté ce problème en écrivant un canal sur toute la longueur de la fibre, de sorte que la lumière soit contenue dans une minuscule section transversale d'un centième de millimètre de diamètre. Grâce à cette approche, ils ont pu créer un capteur qui reflète principalement une seule longueur d'onde de lumière.

La démonstration initiale était sur une courte longueur de fibre de saphir de 1 cm de long, mais les chercheurs prédisent que des longueurs allant jusqu'à plusieurs mètres seront possibles, avec un certain nombre de capteurs séparés sur cette longueur. Cela permettrait par exemple d'effectuer des mesures de température dans l'ensemble d'un turboréacteur. L'utilisation de ces données pour adapter les conditions du moteur en vol a le potentiel de réduire considérablement les émissions d'oxyde d'azote et d'améliorer l'efficacité globale, réduisant ainsi l'impact environnemental. La résistance du saphir aux radiations donne également des applications dans les industries de l'énergie spatiale et de la fusion.

Le Dr Mohan Wang, membre de l'équipe de recherche, du Département des sciences de l'ingénieur de l'Université d'Oxford, a déclaré :

"Les capteurs sont fabriqués à l'aide d'un laser haute puissance avec des impulsions extrêmement courtes et un obstacle important empêchait le saphir de se fissurer pendant ce processus."

Mark Jefferies, responsable de la liaison avec la recherche universitaire chez Rolls-Royce plc, a déclaré :« C'est une nouvelle passionnante et une autre réalisation scientifique importante résultant de notre partenariat de longue date avec l'Université d'Oxford. mesure ponctuelle de la température dans des environnements difficiles, améliorant le contrôle, l'efficacité et la sécurité. Nous sommes impatients de travailler avec l'Université d'Oxford pour explorer son potentiel."

Rob Skilton, responsable de la recherche chez RACE, Autorité britannique de l'énergie atomique, a déclaré :"Ces fibres optiques en saphir auront de nombreuses applications potentielles différentes dans les environnements extrêmes d'une centrale à énergie de fusion. Cette technologie a le potentiel d'augmenter considérablement les capacités des futurs capteurs et systèmes de maintenance robotisés dans ce secteur, aidant l'UKAEA dans sa mission de fournir au réseau une énergie de fusion sûre, durable et à faible émission de carbone."

L'article complet "Réseau de Bragg à fibre de saphir monomode" peut être lu dans Optics Express . + Explorer plus loin

Couplage en mode de surface utilisé pour ajuster le coefficient de retard thermique de la fibre à âme creuse à bande interdite photonique