in de orde van 1/1000 van een atoom

07 oktober 2011

TNO fiber laser sensor meet lengteverandering in de orde van 1/1000 van een atoom

Onderzoekers van TNO hebben een fiber optische reksensor ontwikkeld die rekverandering in de orde van picorek (=1:1.000.000.000.000) kan detecteren. Deze extreem gevoelige sensor is gebaseerd op fiber laser technologie. Voor een fiber laser met een lengte van bijvoorbeeld 30mm komt 1 picorek overeen met een lengteverandering van 1 biljoenste van 30mm. Dit is ongeveer 1/1000 van een atoom.

Mogelijke toepassingen voor deze ultragevoelige sensortechnologie zitten vooral in de markten lithografie, ruimtevaart, astronomie, defensie en olie- en gasindustrie. Bij lithografie zal een fiber laser reksensor systeem de minieme vervorming van kritische onderdelen van een lithografie machine kunnen bepalen waardoor patronen nog nauwkeuriger gemaakt kunnen worden voor betere en snellere computerchipproductie. Bij de ontwikkeling van ruimtevaart- en astronomie-instrumenten is er de voortdurende wens voor stabielere en vormvaste instrumenten zoals telescopen. Met behulp van de fiber laser reksensor kan de vervorming significant beter gemeten worden en daarmee ook voor gecorrigeerd kunnen worden. Door het inzetten van fiber laser in een hydrofoon array waarmee bijvoorbeeld onderzeeboten kunnen worden opgespoord is het mogelijk om de afmeting en gewicht van de array significant te reduceren met behoud van de systeemgevoeligheid. Er bestaat ook interesse in een hydrofoonsysteem voor het monitoren van olievelden.

TNO heeft een lange traditie in het ontwikkelen van glasvezelsensorsystemen gebaseerd op fiberinterferometrie en Fiber Bragg Grating (FBG) technologie. In een FBG zit een grating, een raster, dat een bepaalde golflengte reflecteert. Als dat raster wordt uitgerekt, verschuift die golflengte een beetje. Die verschuiving is een maat voor de rek. TNO heeft een detectiesysteem voor FBG ontwikkeld waarmee sub-nanorek gemeten kan worden. Samen met een specifiek daarvoor ontworpen mechanische constructie kunnen sensoren worden gerealiseerd voor ook andere afgeleide parameters zoals bijvoorbeeld druk en versnelling. In april 2011 presenteerde TNO bijvoorbeeld de kleinste FBG druksensor in een serie voor het meten van bloeddruk in bloedvaten, hersenen en hart. Echter, voor vele toepassingen is een nog hogere gevoeligheid nodig. Hiervoor is in 2010 de fiber laser sensor ontwikkeling opgestart. Met behulp van de nieuwe fiber laser technologie kunnen dan sensoren ontworpen en gerealiseerd worden met een gevoeligheid die meer dan 100 keer hoger is dan een normale FBG sensor.

TNO heeft de fiber laser technologie inmiddels toegepast in de ontwikkeling van een hydrofoon, een sensor voor het detecteren van geluidsdruk onderwater. Deze kan o.a. gebruikt worden voor het opsporen van onderzeeboten. Deze fiber laser hydrofoon is getest in het speciale echovrije bassin van TNO en blijkt in staat zelfs het zwakste natuurlijke omgevingsgeluid van een stille zee moeiteloos te meten. Hiermee kan een lichtgewicht akoestische sensor array ontwikkeld worden. Andere mogelijke toepassingen van fiber laser hydrofoon is het volgen van zeezoogdieren en het monitoren van olievelden. De resultaten van de fiber laser hydrofoon zijn begin juni gepresenteerd op de Europese Undersea Defence Technology (UDT) beurs en conferentie. bericht 2011-51