创新背景

这项研究用现有的传感器解决了一个20年前的问题，即蓝宝石纤维看起来很薄，但相比于光的波长，它是巨大的。这意味着光线可以沿着蓝宝石纤维走许多不同的路径，这就导致许多不同波长的光同时被反射。研究人员克服了这个问题，他们沿着纤维的长度写了一个通道，这样光就包含在一个很小的截面中，直径是百分之一毫米。通过这种方法，他们能够制造一个主要反射单一波长光的传感器。

创新过程

这项研究使用了一种蓝宝石光纤——一种不到半毫米厚的工业蓝宝石纤维——它可以承受超过2000°C的温度。当光注入到蓝宝石纤维的一端时，一些光会从纤维的某一点反射回来，该纤维被修改为对温度敏感(被称为布拉格光栅)。这个反射光的波长(颜色)是那个点的温度的量度。

最初的演示是在1厘米长的蓝宝石纤维上进行的，但研究人员预测，在这个长度上安装多个独立的传感器，最长可以达到几米。例如，这将使整个喷气发动机的温度测量成为可能。使用这些数据来适应飞行中的发动机状况，有可能显著减少氮氧化物排放，提高整体效率，减少对环境的影响。蓝宝石的抗辐射性能也在航天和核聚变电力工业中得到了应用。

传感器是用具有极短脉冲的高功率激光器制造的，防止蓝宝石在此过程中破裂是一个重要的障碍。

创新价值

这项基础研究能够及时地在恶劣环境中实现更高效、更准确的多点温度测量，提高控制、效率和安全性。在核聚变能源发电厂的极端环境中，这些蓝宝石光纤将有许多不同的潜在应用。该技术有可能显著提高该领域未来传感器和机器人维护系统的能力，帮助UKAEA实现向电网提供安全、可持续、低碳聚变电力的使命。

创新关键点

这项研究使用了一种蓝宝石光纤——一种不到半毫米厚的工业蓝宝石纤维——它可以承受超过2000°C的温度。当光注入到蓝宝石纤维的一端时，一些光会从纤维的某一点反射回来，该纤维被修改为对温度敏感(被称为布拉格光栅)。这个反射光的波长(颜色)是那个点的温度的量度。

创新主体

牛津大学（University of Oxford），简称“牛津”（Oxford），位于英国牛津，是一所公立研究型大学，采用传统学院制。是罗素大学集团成员，被誉为“金三角名校”和“G5”。牛津大学的具体建校时间已不可考，但有档案明确记载的最早的授课时间为1096年，之后在1167年因得到了英国王室的大力支持而快速发展。

Innovative use of sapphire fiber sensor fabrication

The study used a sapphire fiber - an industrial sapphire fiber less than half a millimeter thick - that can withstand temperatures of more than 2,000 °C. When light is injected into one end of a sapphire fiber, some of the light is reflected back from a point in the fiber that has been modified to be temperature sensitive (known as a Bragg grating). The wavelength (color) of the reflected light is a measure of the temperature at that point.
Initial demonstrations were performed on a 1-centimeter sapphire fiber, but the researchers predict that with multiple independent sensors along this length, the maximum could reach several meters. This would make it possible, for example, to measure the temperature of an entire jet engine. Using this data to adapt to in-flight engine conditions has the potential to significantly reduce nitrogen oxide emissions, improve overall efficiency and reduce environmental impact. Sapphire's radiation resistance has also found applications in the aerospace and fusion power industries. Sensors are manufactured with high-power lasers with extremely short pulses, and preventing the sapphire from fracturing during the process is an important hurdle.