Flache Glasfasern aus reinem Glas sind tausendmal empfindlicher als herkömmliche Kabel

Ein Forscherteam des KTH Royal Institute of Technology in Schweden und der University of Southampton in Großbritannien hat eine flache, bandartige HARFF-Glasfaser (High Aspect Ratio Flat Fiber) entwickelt, die eine tausendmal höhere Empfindlichkeit gegenüber physikalischen Einflüssen aufweist als herkömmliche zylindrische Fasern. Laut ixbt.com haben die Wissenschaftler die praktische Anwendbarkeit dieses ungewöhnlichen Materials bewiesen, indem es ihnen gelang, mehr als 120 Meter Faser aus einem einzigen Preform zu ziehen. Dies berichtet Ixbt.com .

Neue Geometrie und technischer Ansatz

Das Hauptgeheimnis dieser Erfindung liegt in ihrer einzigartigen Geometrie. Anstatt herkömmliche runde Fasern einfach flach zu drücken, formten die Experten den Preform von Anfang an als flaches Band mit einem Seitenverhältnis von bis zu 20:1. Dadurch wurden die Anordnung der internen Kanäle, Luftspalte und Wellenleiter zu unabhängigen Variablen. Dies ermöglicht es Ingenieuren, präzise zu entwerfen, an welcher Stelle das Glas biegsam ist und wo es Widerstand leistet.

Um einen Drucksensor zu schaffen, bildeten die Forscher zwei längliche Luftkanäle. Bei einer Verformung entsteht in ihnen eine asymmetrische Spannung, die die Doppelbrechung des Glases verändert. Zwei identische Faser-Bragg-Gitter bilden einen optischen Resonator, und das Interferenzmuster verschiebt sich proportional zum Druck.

Tests zeigten, dass die Empfindlichkeit bei einem Druck von 0,40 MPa bis zu 31,6 rad/MPa erreicht. Dies ist ein um drei Größenordnungen höherer Wert als bei vergleichbaren runden Fasern. Gleichzeitig betrug die Querempfindlichkeit gegenüber der Temperatur weniger als 1 % des Druckmesswerts.

Möglichkeiten zur Temperaturmessung

Um eine Temperaturmessfunktion zu ermöglichen, wurde der interne Kanal der HARFF mit einer Zinnlegierung gefüllt, deren Wärmeausdehnungskoeffizient 46-mal höher ist als der von Siliziumdioxid. Beim Erhitzen entsteht eine starke mechanische Spannung im Glas, was wiederum zu einer Änderung des Doppelbrechungsindex führt.

Der KTH-Forscher Pavel Manvstov betont, dass diese Entwicklung nicht nur eine anders geformte Faser ist, sondern einen völlig neuen Raum für das Design von Glasfasertechnologien eröffnet. Derzeit ist HARFF noch ein Laborprototyp mit optischen Verlusten von etwa 0,16 dB pro Meter.

In Zukunft planen die Experten, die Formkontrolle zu verbessern, Verluste zu reduzieren und diese innovativen Fasern erfolgreich in Drohnenflügel, große Brücken, Industriekonstruktionen und Batterien zu integrieren.