ใยแก้วนำแสงโหมดเดียวแบบใหม่ที่ทำจากแซฟไฟร์แทนที่จะเป็นซิลิกาทั่วไป สามารถทนต่ออุณหภูมิที่สูงกว่า 2,000 °C ตลอดจนการแผ่รังสีในระดับสูง แม้ว่าในปัจจุบันความยาวของไฟเบอร์จะจำกัดไว้ที่ 1 ซม. แต่นักพัฒนาซอฟต์แวร์ที่มหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ด สหราชอาณาจักรกล่าวว่าเทคนิคที่พวกเขาใช้ในการสร้างไฟเบอร์นั้นสามารถขยายได้ถึงหลายเมตร ทำให้มีประโยชน์สำหรับการสำรวจระยะไกลในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงเป็นพิเศษ .ใยแก้วนำแสงมักประกอบด้วยแกนกลางที่ล้อมรอบด้วยวัสดุหุ้ม
เนื่องจากแกนกลางมีดัชนีการหักเหของแสงสูงกว่าส่วนที่หุ้ม
อยู่เล็กน้อย แสงจึงเดินทางผ่านเส้นใยโดยการสะท้อนแสงภายในที่เกือบเต็มจำนวนที่ส่วนต่อประสานแกน/ส่วนหุ้ม ในเส้นใยที่มีแกนค่อนข้างใหญ่ (ประมาณ 50 µm) พื้นที่พิเศษช่วยให้แสงไปตามเส้นทางที่มีความยาวต่างกันได้ หมายความว่าแสงที่มีความยาวคลื่นต่างๆ กันจะสะท้อนออกมาพร้อมกัน เส้นใยดังกล่าวเรียกว่า “มัลติโหมด” และแต่ละโหมดมีดัชนีการหักเหของแสงที่มีประสิทธิภาพแตกต่างกัน ในทางตรงกันข้าม เส้นใยที่มีแกนที่แคบกว่า (ประมาณ 9 µm) สามารถรองรับโหมดเดียวได้ ในลักษณะที่แสงเดินตามเส้นทางเดียว
จากไฟเบอร์แซฟไฟร์แบบมัลติโหมดไปจนถึงโหมดเดี่ยว
เส้นใยแก้วนำแสงที่ทำจากแซฟไฟร์แตกต่างจากการออกแบบนี้หลายประการ Mohan Wang สมาชิกในทีมอธิบาย เส้นใยแซฟไฟร์ทำมาจากผลึกเดี่ยวที่เป็นของแข็งของวัสดุ แทนที่จะมีแกนกลางและการหุ้ม ส่วนเส้นใยแซฟไฟร์จะนำทางโดยส่วนต่อประสานระหว่างแซฟไฟร์กับอากาศโดยรอบ เส้นผ่านศูนย์กลางของคริสตัลที่ค่อนข้างใหญ่ (ระหว่าง 60 ถึง 425 µm) หมายความว่าเส้นใยแซฟไฟร์เป็นแบบหลายรูปแบบ: เส้นใยขนาด 75 µm ทั่วไปอาจมี 20,000 โหมด แสงในแต่ละโหมดจะแพร่กระจายด้วยความเร็วที่แตกต่างกัน ส่งผลให้สัญญาณแสงผิดเพี้ยน
ในงานใหม่นี้ Wang และเพื่อนร่วมงานพบวิธีสร้างเส้นใยแซฟไฟร์โหมดเดียวโดยเขียนช่องตามความยาวของเส้นใยขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 425 µm เพื่อให้แสงอยู่ภายในส่วนตัดขวางเล็กๆ ที่น้อยกว่า10 µm ใน เส้นผ่านศูนย์กลาง นักวิจัยทำสิ่งนี้โดยเลือกจุดภายในส่วนตัดขวางของแซฟไฟร์ไฟเบอร์เพื่อเป็น “แกนกลาง” จากนั้นพวกเขาฉายไพลินรอบๆ บริเวณนี้ด้วยคลื่นแสงเลเซอร์ที่สั้นมาก (170 เฟมโตวินาที) ซึ่งสร้างชั้นหุ้มได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยลดดัชนีการหักเหของแสงในท้องถิ่น
“เราทำได้สำเร็จโดยการเขียนแถบเป็นชุดตามความยาวของเส้นใย
เริ่มต้นที่ด้านล่างและไล่ไปรอบๆ แกนจนถึงด้านบน” Wang อธิบาย เขากล่าวต่อถึงความท้าทายที่สำคัญก็คือ แซฟไฟร์มีค่าดัชนีการหักเหของแสงสูงและไม่แบนราบ แต่ส่วนตัดขวางของมันกลับดูเหมือนหกเหลี่ยมมน ทำให้เกิดความบิดเบี้ยวอย่างมากเมื่อนักวิจัยพยายามโฟกัสแสงภายในเส้นใยและบังคับให้ใช้ออปติคแบบปรับได้เพื่อแก้ไขให้ถูกต้อง
เซ็นเซอร์ที่ใช้ตะแกรง Bragg
นักวิจัยใช้เทคนิคการเขียนด้วยเลเซอร์นี้เพื่อสร้างสิ่งที่เรียกว่า Bragg grating ซึ่งเป็นการเปลี่ยนแปลงเป็นระยะของดัชนีการหักเหของแสงตามความยาวของเส้นใย “ ถ้าไฟเบอร์เป็นแบบโหมดเดียวไฟเบอร์ของตะแกรงแบรกก์จะสะท้อนแสงที่ความยาวคลื่นเฉพาะ (แบรกก์) ตามระดับเสียงของตะแกรงและดัชนีการหักเหของแสงที่มีประสิทธิภาพ” วังอธิบาย “การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและความเครียดส่งผลต่อคุณสมบัติเหล่านี้และสามารถวัดได้จากความยาวคลื่นของแสงที่สะท้อน ทำให้ไฟเบอร์สามารถใช้เป็นเซ็นเซอร์ได้ ความพยายามก่อนหน้านี้ที่ Bragg gratings ในเส้นใยแซฟไฟร์แบบมัลติโหมดมียอดการสะท้อนหลายจุด – หนึ่งจุดสำหรับแต่ละโหมด ส่งผลให้เกิดความไม่แน่นอนในการวัด”
ทีมงานของอ็อกซ์ฟอร์ดกำลังพยายามทำให้เส้นใยแซฟไฟร์ยาวขึ้น – เริ่มจากไม่กี่เซนติเมตร แต่ในที่สุดอาจสูงถึงหลายเมตร ผู้นำการศึกษาJulian Fellsกล่าว เส้นใยที่ยาวขึ้นอาจมีเซ็นเซอร์หลายตัวและอาจใช้ในการวัดอุณหภูมิตลอดปริมาตรของเครื่องยนต์ไอพ่น ซึ่งอุณหภูมิจะเกินค่าสูงสุด 1,000 °C ได้อย่างง่ายดายสำหรับเส้นใยซิลิกา Fells แนะนำว่าข้อมูลจากการวัดดังกล่าวสามารถช่วยลดการปล่อยก๊าซไนโตรเจนไดออกไซด์โดยการเปลี่ยนแปลงสภาพของเครื่องยนต์ระหว่างการบินหรือปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวม “เรากำลังสำรวจโอกาสในการติดตั้งแท่นทดสอบเครื่องยนต์อากาศยานร่วมกับพันธมิตรของเราอย่าง Rolls-Royce และ Cranfield University” เขากล่าว
การใช้งานที่เป็นไปได้อื่นๆ สำหรับไฟเบอร์ ได้แก่ การตรวจจับในสภาพแวดล้อมที่มีระดับรังสีสูง “เนื่องจากแซฟไฟร์ทนทานต่อการแผ่รังสี จึงมีข้อได้เปรียบเหนือเส้นใยซิลิกาทั่วไป ซึ่งได้รับความเสียหายจากรังสี” Fells กล่าวกับPhysics World ในอนาคต ทีมงานวางแผนที่จะจัดหาอุปกรณ์ให้กับ MDA Space and Robotics และหน่วยงานด้านพลังงานปรมาณูของสหราชอาณาจักรสำหรับการประเมินโดยแผนก Remote Applications in Challengeing Environments (RACE) “แซฟไฟร์ยังโปร่งใสในช่วงความยาวคลื่นที่กว้างกว่าซิลิกาจนถึงช่วงอินฟราเรดกลาง ดังนั้นจึงเป็นเรื่องที่น่าสนใจสำหรับการตรวจจับก๊าซโดยใช้สเปกโทรสโกปี” Fells สรุป
แนะนำ : รีวิวซีรี่ย์เกาหลี | ลายสัก | รีวิวร้านอาหาร | โทรศัพท์มือถือ ราคาถูก | เรื่องย่อหนัง
