Fibre optique en saphir : énergie plus propre et voyages aériens plus sûrs

Des chercheurs de l'Université d'Oxford ont utilisé 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 de la lumière est injectée dans une extrémité de la fibre de saphir, une partie est réfléchie en arrière 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 qui, bien que la fibre de saphir semble très fine, 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 de nombreuses longueurs d'onde différentes à la fois. Les chercheurs ont surmonté ce problème en écrivant un canal le long de la longueur de la fibre, de sorte que la lumière est confinée dans une minuscule section transversale, d'un centième de millimètre de diamètre. Avec cette approche, ils ont pu fabriquer un capteur reflétant principalement une seule longueur d'onde de lumière.

La démonstration initiale a été réalisée sur une courte longueur de fibre de saphir de 1 cm, mais les chercheurs prévoient que des longueurs de plusieurs mètres seront possibles, avec un certain nombre de capteurs distincts le long de cette longueur. Cela permettrait des mesures de température à travers un moteur à réaction, par exemple. L'utilisation de ces données pour adapter les conditions du moteur en vol a le potentiel de réduire significativement les émissions d'oxydes d'azote et d'améliorer l'efficacité globale, réduisant l'impact environnemental. La résistance du saphir aux radiations donne également des applications dans les industries spatiales et de l'énergie de fusion.

Le membre de l'équipe de recherche en sciences de l'ingénierie, le Dr Mohan Wang, dit : « Les capteurs sont fabriqués en utilisant un laser de haute puissance avec des impulsions extrêmement courtes et un obstacle majeur était d'empêcher le saphir de se fissurer pendant ce processus. »

Le travail fait partie d'une bourse EPSRC de 1,2 M£ détenue par le Research Fellow EPSRC du Département, le Dr Julian Fells, et a été réalisé en partenariat avec Rolls-Royce, l'Autorité britannique de l'énergie atomique (Remote Applications in Challenging Environments – RACE), l'Université de Cranfield, Halliburton et MDA Space and Robotics.

Rob Skilton, chef de la recherche au RACE, UK Atomic Energy Authority, dit : « Ces fibres optiques en saphir auront de nombreuses applications potentielles différentes au sein des environnements extrêmes d'une centrale à fusion. Cette technologie a le potentiel d'augmenter significativement les capacités des futurs systèmes de capteurs et de maintenance robotique dans ce secteur, aidant l'UKAEA dans sa mission de fournir une énergie de fusion sûre, durable, à faible carbone au réseau. »