3D-печать может изменить технологию производства специальных оптических волокон

Исследователи из Харбинского инженерного университета и Университета Нового Южного Уэльса продемонстрировали аддитивное производство преформ кварцевого оптического волокна. По словам исследовательской группы, аддитивное производство, также известное как 3D-печать, может изменить способ изготовления специальных оптических волокон.

Используя технологию 3D-печати с цифровой обработкой света (DLP), исследователи расширили мелкомасштабную стеклянную печать «объемом или срезом» заготовок оптического волокна от нескольких миллиметров до сантиметрового масштаба. Они сконструировали одномодовые и многомодовые оптические волокна, контролируя параметры печати в процессе протяжки волокна. Возможность 3D-печати сложной геометрии, такой как многожильные волокна, может способствовать развитию технологий Интернета вещей (IoT).

(а) Изображения 3D-печатных заготовок и впоследствии заполненных стержней; (b) башня для вытягивания оптического волокна, используемая в этом эксперименте; в) изменение температуры процесса вытяжки волокна; (d) спектр потерь одножильного и семисердцевинного волокна, напечатанного на 3D-принтере, при 632,8 нм; (д) спектры излучения односердцевинного волокна, возбуждаемого лазерами с длиной волны 830 и 980 нм.
Фото предоставлено Y. Chu, X. Fu, Y. Luo, J. Canning, J. Wang, J. Ren, J. Zhang и GD Peng.

Изготовление преформ, напечатанных на 3D-принтере, включало пять этапов. Сначала исследователи подготовили чувствительную к ультрафиолету (УФ) смолу с наночастицами аморфного кремнезема. Они напечатали преформу на коммерческом 3D-принтере DLP; затем заливали подготовленной смолой отверстия печатной заготовки облицовки. За этим этапом последовала термическая полимеризация.

Четвертым этапом был процесс удаления связующего и предварительного спекания, сопровождаемый отжигом для удаления влаги. Наконец, исследователи провели высокотемпературное спекание, чтобы удалить любые дополнительные примеси и сплавить наночастицы кремнезема со стеклом во время вытягивания волокна.

Внедрив в процесс аддитивного производства несколько активных добавок, исследователи показали, что для 3D-печати заготовок оптического волокна можно использовать самые разные материалы. Германий, титан и алюминий использовались для формирования волноводов и улучшения структуры стеклянной сетки сердцевины заготовки оптического волокна, что сделало ее благоприятной для люминесценции. Когда исследователи увеличили количество стержней, они скорректировали условия волочения, чтобы обеспечить более низкие температуры плавления преформы.

Исследователи использовали ионы висмута и эрбия для создания аддитивно изготовленного оптического волокна, легированного висмутом и эрбием (BEDF). Ионы висмута и эрбия были совместно легированы в одножильные и семижильные волокна, вытянутые из заготовок, напечатанных на 3D-принтере. Команда изготовила многокомпонентные волокна и структурированные волокна.

BEDF продемонстрировали сверхширокополосную люминесценцию в ближней инфракрасной области (БИК), охватывающую все телекоммуникационные диапазоны OL с длиной волны лазера накачки 830 нм. Исследователи считают, что BEDF могут стать активной средой в волоконных усилителях для систем связи следующего поколения.

Кроме того, исследователи обнаружили, что потери в односердцевинном волокне существенно уменьшились, когда влажность была снижена за счет дополнительного отжига и спекания, включенных в пятиэтапный процесс печати. Улучшение симметрии волокна за счет увеличения округлости сердцевины и оболочки также позволило уменьшить влажность оптического волокна, эффективно снизив при этом потери.

Текущее производство оптических волокон, основанное на технологиях химического осаждения из паровой фазы (CVD) и подходах «укладка и вытяжка», используемых для структурированных оптических волокон, сталкивается с многочисленными проблемами при изготовлении многокомпонентных композитных и многожильных волокон, которые могут стимулировать развитие таких технологий, как IoT. Исследователи считают, что оптические волокна переходят от технологии передачи с одной функцией к способности выполнять несколько функций. Таким образом, по словам исследователей, будет расти потребность в специально разработанных оптических волокнах для конкретных приложений.  

Исследователи рассматривают аддитивное производство как потенциальный революционный фактор в области производства оптических волокон, расширяющий функциональность специальных оптических волокон и позволяющий применять такие приложения, как разветвление многожильных волокон и мультиплексирование при пространственном уплотнении без необходимости сращивания волокон.

28.04.2022

По материалам Photonics

Заявка на звонок

В форме есть ошибки

Мы перезвоним Вам с 9:00 до 18:00 по Москве

Исправление ошибки

Спасибо за помощь в контроле качества нашего ресурса!