Neuartige Sensoren aus Oxford

Saubere Energie und klimafreundliches Fliegen dank Saphirfasern

21. April 2022, 16:33 Uhr | Kathrin Veigel
University of Oxford Sensor Saphirfaser
Die in Oxford entwickelte optische Faser aus Saphir ist ein Faden aus industriell gezüchtetem Saphir mit einer Dicke von weniger als einem halben Millimeter.
© University of Oxford

Forscher der Universität Oxford haben einen Sensor aus Saphirfasern entwickelt, der extremen Temperaturen standhält und das Potenzial hat, die Effizienz und die Emissionsreduzierung in der Luft- und Raumfahrt sowie bei der Energieerzeugung deutlich zu verbessern.

Die Forscher der Universität Oxford verwendeten für ihren neuen Sensor eine optische Faser aus Saphir – ein Faden aus industriell gezüchtetem Saphir mit einer Dicke von weniger als einem halben Millimeter –, die Temperaturen von über 2.000 °C standhalten kann. Wenn Licht auf ein Ende der Saphirfaser eingestrahlt wird, wird ein Teil davon von einem Punkt entlang der Faser reflektiert, der so verändert wurde, dass er temperaturempfindlich ist (ein so genanntes Bragg-Gitter). Die Wellenlänge (Farbe) dieses reflektierten Lichts ist ein Maß für die Temperatur an diesem Punkt. 

Die Forschungsarbeiten, veröffentlicht in der Fachzeitschrift Optics Express, lösen ein zwanzig Jahre altes Problem bestehender Sensoren, das darin besteht, dass die Saphirfaser zwar sehr dünn erscheint, im Vergleich zur Wellenlänge des Lichts aber riesig ist. Das bedeutet, dass das Licht viele verschiedene Wege entlang der Saphirfaser nehmen kann, was dazu führt, dass viele verschiedene Wellenlängen auf einmal reflektiert werden. Die Forscher umgingen dieses Problem, indem sie einen Kanal über die Länge der Faser schrieben, so dass das Licht in einem winzigen Querschnitt von einem Hundertstel Millimeter Durchmesser enthalten ist. Auf diese Weise konnten sie einen Sensor herstellen, der hauptsächlich eine einzige Wellenlänge des Lichts reflektiert. 

Die erste Demonstration erfolgte an einer kurzen Saphirfaser von 1 cm Länge. Laut Forscherangaben sind aber auch Längen von bis zu mehreren Metern möglich, mit einer Reihe von separaten Sensoren entlang dieser Länge. Auf diese Weise könnten zum Beispiel Temperaturmessungen in einem Düsentriebwerk durchgeführt werden. Die Nutzung dieser Daten zur Anpassung der Triebwerksbedingungen während des Flugs könnte die Stickoxidemissionen erheblich reduzieren und die Gesamteffizienz verbessern, was wiederum die Umweltbelastung verringern würde. Die Strahlungsbeständigkeit von Saphir ermöglicht auch Anwendungen in der Raumfahrt- und Fusionsenergieindustrie.

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