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Optics Journal (China)

巴西研究人员发明了一种简单低成本制造光纤的方法 (Pesquisadores brasileiros inventaram um método simples e de baixo custo de fabricação de fibras ópticas)

Publicado em 14 setembro 2020

巴西圣保罗坎皮纳斯州立大学物理系的研究员、教授Cristiano Cordeiro发明了一种制造特殊光纤的新方法,这种方法远比传统方法简单,耗时短,成本低。Cordeiro是在澳大利亚的阿德莱德大学进行研究实习时发明了这种方法,该研究实习由圣保罗研究基金会和Heike Ebendorff-Heidepriem共同支持。由Cristiano Cordeiro、基金会、Heike Ebendorff-Heidepriem以及另一位合作者共同署名的文章发表在Scientific Reports上。

Cordeiro说:“传统制造光纤的方法需要大型、昂贵的机械设备,几乎要花一个星期的时间。而我们的方法只需简单的台式设备,成本便宜100倍以上,从原料到成品只需不到一个小时的时间。未来,许多研究者和实验室,都可以借助这种方法自己制造光纤。”

生产过程与挤压意大利面的过程类似:挤压韧性材料,迫使其通过冲压模具,从而生产具有特定内部结构的光纤。“当然,这一过程比意面的生产严格、精确的多。”

全世界范围内安装有数亿公里的光纤,所需传输的数据量几乎每两年就激增一倍。这些光纤不仅用于远程通信,还用于遥感测温、测机械压力、水压、水流等参数。光纤纤细而强度大,在许多恶劣环境下和寻常难以到达的地方都发挥着巨大作用。

由于光纤的这些优点,创新的制造工艺显得尤为重要。“传统的制造过程有多个步骤,且需要光纤拉丝塔等非常复杂的机器。” Cordeiro说。“首先要制造出直径在2-10厘米的预制体,其结构被加热,在精准控制下被拉丝塔拉伸。随着长度增长,预制体的直径减小。而我们的制造方法只需要一个步骤,从聚合物球团直接生产成品光纤。”

这种方法不仅可以用来制造固体光纤(光线在较高折射率的纤芯中传播),也可以用于制造微结构光纤(含有空气孔阵列,可以增强对光学特性的控制,改进光纤功能,降低光能损耗)。在制造微结构光纤时,研究人员使用了特殊设计的钛模具。

“3D技术的普及,使我们可以使用成本低廉、易获取的设备简化特殊光纤制造流程。”Cordeiro说。“所需的唯一设备是小型水平挤压机,这种设备与3D打印丝生产设备类似。尺寸相当于微波炉,价格远低于光纤拉丝塔,出口处拼接部分空心的钛模。”

由于微结构光纤的内部结构十分精细,研究人员使用了3D打印机来生产所需模具。模具的生产可以由专门的公司负责,因此,这种制造光纤的方法所需的唯一设备是——一台水平挤压机。

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