บาคาร่าเว็บตรง ใยแก้วนำแสงโหมดเดียวแบบใหม่ที่ทำจากแซฟไฟร์แทนที่จะเป็นซิลิกาทั่วไป สามารถทนต่ออุณหภูมิที่สูงกว่า 2,000 °C รวมทั้งรังสีในระดับสูง แม้ว่าความยาวของเส้นใยจะจำกัดอยู่ที่ 1 ซม. นักพัฒนาที่มหาวิทยาลัยอ็อกซ์ฟอร์ด สหราชอาณาจักร กล่าวว่าเทคนิคที่พวกเขาใช้ในการสร้างเส้นใยนี้สามารถขยายได้สูงสุดถึงหลายเมตร ทำให้มีประโยชน์สำหรับการรับรู้ทางไกลในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงมาก .
เส้นใยแก้วนำแสงมักประกอบด้วยแกนกลาง
ล้อมรอบด้วยเปลือกหุ้ม เนื่องจากแกนกลางมีดัชนีการหักเหของแสงที่สูงกว่าส่วนหุ้มเล็กน้อย แสงจึงเดินทางลงมาที่เส้นใยโดยผ่านการสะท้อนภายในเกือบทั้งหมดที่ส่วนต่อประสานแกน/ส่วนหุ้ม ในเส้นใยที่มีแกนกลางที่ค่อนข้างใหญ่ (ประมาณ 50 µm) พื้นที่เพิ่มเติมจะช่วยให้แสงไปตามเส้นทางที่มีความยาวต่างกัน ซึ่งหมายความว่าความยาวคลื่นที่แตกต่างกันจำนวนมากของแสงจะสะท้อนออกมาพร้อมกัน เส้นใยดังกล่าวเรียกว่า “มัลติโหมด” และแต่ละโหมดมีดัชนีการหักเหของแสงที่มีประสิทธิภาพต่างกัน ในทางตรงกันข้าม เส้นใยที่มีแกนแคบกว่า (ประมาณ 9 µm) สามารถรองรับโหมดเดียวได้ ดังนั้นแสงจะเดินตามเส้นทางเดียว
จากเส้นใยแซฟไฟร์แบบหลายโหมดจนถึงโหมดเดียว ใยแก้วนำแสงที่ทำจากแซฟไฟร์แตกต่างจากการออกแบบนี้ในหลายประการ Mohan Wang สมาชิกในทีมอธิบาย แทนที่จะมีแกนกลางและส่วนหุ้ม เส้นใยแซฟไฟร์ทำมาจากคริสตัลก้อนเดียวที่เป็นของแข็งของวัสดุ
และแสงจะถูกนำทางโดยส่วนต่อประสาน
ระหว่างแซฟไฟร์กับอากาศโดยรอบ เส้นผ่านศูนย์กลางค่อนข้างใหญ่ (ระหว่าง 60 ถึง 425 µm) ของคริสตัลหมายความว่าเส้นใยแซฟไฟร์เป็นแบบหลายรูปแบบ: เส้นใย 75 µm ทั่วไปอาจมี 20,000 โหมด แสงในแต่ละโหมดแพร่กระจายด้วยความเร็วที่ต่างกัน ส่งผลให้สัญญาณออปติคอลบิดเบี้ยว
ในงานใหม่นี้ Wang และเพื่อนร่วมงานได้ค้นพบวิธีสร้างเส้นใยแซฟไฟร์โหมดเดียวโดยการเขียนช่องตามความยาวของเส้นใยที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 425 µm เพื่อให้แสงอยู่ภายในส่วนตัดขวางเล็กๆ ที่น้อยกว่า10 µm เส้นผ่านศูนย์กลาง นักวิจัยทำสิ่งนี้โดยเลือกจุดภายในส่วนตัดขวางของเส้นใยแซฟไฟร์ให้เป็น “แกนกลาง” จากนั้นพวกเขาก็เปิดแซฟไฟร์รอบๆ บริเวณนี้เป็นพัลส์แสงเลเซอร์ที่สั้นมาก (170 femtoseconds) ทำให้เกิดการหุ้มอย่างมีประสิทธิภาพโดยการลดดัชนีการหักเหของแสงในพื้นที่
“เราประสบความสำเร็จโดยการเขียนแถบยาวๆ ตามแนวยาวของเส้นใย โดยเริ่มจากด้านล่างและวนไปตามแกนกลางไปจนถึงด้านบน” Wang อธิบาย ความท้าทายที่สำคัญคือแซฟไฟร์มีดัชนีการหักเหของแสงสูงและไม่แบน ในทางกลับกัน ภาพตัดขวางของมันคล้ายกับรูปหกเหลี่ยมโค้งมน ทำให้เกิดการบิดเบือนอย่างมีนัยสำคัญเมื่อนักวิจัยพยายามโฟกัสแสงภายในเส้นใยและบังคับให้พวกเขาใช้เลนส์ปรับแสงเพื่อแก้ไข
เซ็นเซอร์แบบ Bragg-grating-based
นักวิจัยใช้เทคนิคการเขียนด้วยเลเซอร์นี้เพื่อสร้างสิ่งที่เรียกว่า Bragg grating ซึ่งเป็นการเปลี่ยนแปลงเป็นระยะๆ ของดัชนีการหักเหของแสงตามความยาวของเส้นใย “ ถ้าเส้นใยเป็นแบบโหมดเดี่ยวไฟเบอร์ แบรกก์เกรตติ้งจะสะท้อนแสงที่ความยาวคลื่นเฉพาะ (แบร็ก) ตามระยะพิทช์ของตะแกรงและดัชนีการหักเหของแสงที่มีประสิทธิภาพ” หวางอธิบาย “การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและความเครียดส่งผลต่อคุณสมบัติเหล่านี้ และสามารถวัดได้จากความยาวคลื่นของแสงสะท้อน ทำให้ไฟเบอร์สามารถใช้เป็นเซ็นเซอร์ได้ ความพยายามครั้งก่อนๆ ที่ Bragg gratings ในเส้นใยแซฟไฟร์มัลติโหมดมียอดการสะท้อนแสงหลายจุด – หนึ่งครั้งสำหรับแต่ละโหมด
ส่งผลให้เกิดความไม่แน่นอนในการวัด”
ทีมงานของอ็อกซ์ฟอร์ดกำลังพยายามทำให้แซฟไฟร์แซฟไฟร์ยาวขึ้น โดยเริ่มจากไม่กี่เซนติเมตร แต่ท้ายที่สุดต้องยาวหลายเมตรจูเลียน เฟลส์ ผู้นำด้านการศึกษา กล่าว เส้นใยที่ยาวขึ้นอาจมีเซ็นเซอร์หลายตัวและอาจใช้เพื่อวัดอุณหภูมิตลอดปริมาตรของเครื่องยนต์ไอพ่น ซึ่งอุณหภูมิจะเกินค่าสูงสุด 1000 °C สำหรับเส้นใยซิลิกาได้อย่างง่ายดาย เฟลส์แนะนำว่าข้อมูลจากการวัดดังกล่าวสามารถช่วยลดการปล่อยก๊าซไนโตรเจนไดออกไซด์โดยการเปลี่ยนแปลงสภาพเครื่องยนต์ระหว่างการบินหรือปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวม “เรากำลังสำรวจโอกาสในการใช้เครื่องมือทดสอบเครื่องยนต์อากาศยานกับพันธมิตรของเราอย่างโรลส์-รอยซ์และมหาวิทยาลัยแครนฟิลด์” เขากล่าว
อ่านเพิ่มเติมChristine Tremblay ยืนอยู่หน้าอุปกรณ์โทรคมนาคม
การใช้ฟิสิกส์เพื่อขับเคลื่อนนวัตกรรมใยแก้วนำแสง
การใช้งานอื่นๆ ที่เป็นไปได้สำหรับไฟเบอร์นั้นรวมถึงการตรวจจับในสภาพแวดล้อมที่มีระดับรังสีสูง “เนื่องจากแซฟไฟร์ทนทานต่อการแผ่รังสี แซฟไฟร์จึงมีข้อได้เปรียบเหนือเส้นใยซิลิกาทั่วไป ซึ่งได้รับความเสียหายจากรังสี” Fells กล่าวกับPhysics World ในอนาคต ทีมงานวางแผนที่จะจัดหาอุปกรณ์ให้กับ MDA Space and Robotics และให้กับ UK Atomic Energy Authority เพื่อประเมินผลโดยแผนก Remote Applications ในสภาพแวดล้อมที่ท้าทาย (RACE) “แซฟไฟร์ยังโปร่งใสในช่วงความยาวคลื่นที่กว้างกว่าซิลิกามาก จนถึงอินฟราเรดช่วงกลาง ดังนั้นจึงเป็นที่สนใจของการตรวจจับก๊าซโดยใช้สเปกโทรสโกปี” เฟลส์สรุป
microneedles ที่ละลายน้ำสามารถขยายการเข้าถึงการรักษามะเร็งผิวหนังได้ ต่อไป นักวิจัยวางแผนที่จะเพิ่มประสิทธิภาพเคมีชีวภาพของระบบเซ็นเซอร์ เพื่อลดความเสถียรของเอนไซม์และปัญหาการเกิด biofouling และขยายการสึกหรอเกินกว่าหลายชั่วโมงเป็นหลายวันหรือหลายสัปดาห์ พวกเขายังตั้งเป้าที่จะรวมอัลกอริธึมการสอบเทียบขั้นสูงเข้ากับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
รวมเซ็นเซอร์อื่นๆ (เช่น เซ็นเซอร์อุณหภูมิ) เพื่อชดเชยความผันผวนที่อาจส่งผลต่อความแม่นยำของสัญญาณ และขยายความสามารถในการตรวจจับแบบมัลติเพล็กซ์ไปยังการวิเคราะห์เพิ่มเติม ทีมงานยังตั้งใจที่จะดำเนินการทดลองทางคลินิกกับประชากรจำนวนมากเพื่อเปรียบเทียบข้อมูล ISF กับการทดสอบในห้องปฏิบัติการแบบรวมศูนย์ บาคาร่าเว็บตรง
