Fibra Óptica de Zafiro Promete Energía Más Limpia y Viajes Aéreos Más Seguros

Investigadores de la Universidad de Oxford han usado una fibra óptica de zafiro —un hilo de zafiro cultivado industrialmente de menos de medio milímetro de grosor— que puede soportar temperaturas superiores a 2000°C. Cuando se inyecta luz en un extremo de la fibra de zafiro, parte se refleja de vuelta desde un punto a lo largo de la fibra que ha sido modificado para ser sensible a la temperatura (conocido como rejilla de Bragg). La longitud de onda (color) de esta luz reflejada es una medida de la temperatura en ese punto.

La investigación resuelve un problema de 20 años con sensores existentes que, mientras la fibra de zafiro parece muy delgada, en comparación con la longitud de onda de la luz es enorme. Esto significa que la luz puede tomar muchos caminos diferentes a lo largo de la fibra de zafiro, lo que resulta en muchas longitudes de onda diferentes reflejadas a la vez. Los investigadores superaron este problema escribiendo un canal a lo largo de la fibra, de modo que la luz queda contenida en una sección transversal diminuta, una centésima de milímetro de diámetro. Con este enfoque, pudieron hacer un sensor que refleja predominantemente una sola longitud de onda de luz.

La demostración inicial fue en una longitud corta de fibra de zafiro de 1 cm, pero los investigadores predicen que longitudes de hasta varios metros serán posibles, con varios sensores separados a lo largo de esta longitud. Esto permitiría mediciones de temperatura a lo largo de un motor a reacción, por ejemplo. Usar estos datos para adaptar condiciones del motor en vuelo tiene el potencial de reducir significativamente emisiones de óxido de nitrógeno y mejorar la eficiencia general, reduciendo el impacto ambiental. La resistencia del zafiro a la radiación también da aplicaciones en las industrias espacial y de energía de fusión.

El miembro del equipo de investigación de Ciencia de Ingeniería, Dr. Mohan Wang, dice: "Los sensores se fabrican usando un láser de alta potencia con pulsos extremadamente cortos y un obstáculo significativo fue prevenir que el zafiro se agrietara durante este proceso."

El trabajo es parte de una Beca EPSRC de £1.2M sostenida por el Investigador EPSRC del Departamento Dr. Julian Fells y se llevó a cabo en asociación con Rolls-Royce, la Autoridad de Energía Atómica del Reino Unido (Aplicaciones Remotas en Entornos Desafiantes – RACE), Universidad de Cranfield, Halliburton y MDA Space and Robotics.

Rob Skilton, Jefe de Investigación en RACE, Autoridad de Energía Atómica del Reino Unido dice: "Estas fibras ópticas de zafiro tendrán muchas aplicaciones potenciales diferentes dentro de los entornos extremos de una central de energía de fusión. Esta tecnología tiene el potencial de aumentar significativamente las capacidades de futuros sistemas de sensores y mantenimiento robótico en este sector, ayudando a UKAEA en su misión de entregar energía de fusión segura, sostenible, baja en carbono a la red."