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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 13 setembro 2020

巴西圣保罗州坎皮纳斯大学物理研究所(IFGW-Unicamp)的研究员教授克里斯蒂亚诺·科(Cristiano Cordeiro) 开发了一种比传统方法更简单,更快,更便宜的新型特种光纤生产工艺圣保罗研究基金会FAPESP奖学金资助下,以及Heike Ebendorff-Heidepriem的合作关系,Cordeiro在澳大利亚阿德莱德大学(University of Adelaide)研究实习期间发明这项创新,并在《科学报告》上发表了相关论文

 

Cordeiro 说:“传统工艺需要非常大且昂贵的机器,耗时将近一周。我们的工艺可以用台式设备完成,成本至少便宜100倍,并且从原料到最终产品只需不到一个小时。这将使更多的研究人员和实验室能够生产他们自己的光纤。”这一过程大致类似于生产意大利面所使用的挤压方法:通过在韧性材料上施加压力迫使其通过模具,从而生产具有特定内部结构的纤。当然,这一切都要更加严格和精确

 

全世界安装了数亿公里的光纤,它们传输的数据量大约每两年就翻一番。光纤不仅用于通信,还用于遥感监测温度、机械应力、静水压力或流体流动,以及其他许多参数。由于质量轻,强度大,它们在恶劣的环境和难以接近的地点都能发挥作用。

 

这些特性说明创新光纤制造工艺的重要性。Cordeiro说:“传统工艺包括几个阶段,需要高度复杂的设备,比如。首先生产出预制这是直径在2厘米到10厘米之间的巨型光纤然后将其在拉丝塔中加热并进行拉伸由于质量守恒,预制棒直径随长度的增加而减小。我们提出的方法简化了该过程,大大降低了成本。我们设计的设备可以执行一个连续的过程,从聚合物颗粒开始,到成品光纤结束。

 

该工艺不仅可以用于生产全态光(其中光通过具有较高折射率的纤芯传输),而且可以用于生产包含纵向孔阵列的微结构光纤,从而增强了光学性能控制并增加了其他功能,比如,可以在空气通道中传输,从而具有较低能量损。为了制造出微结构,研究人员使用了具有适当设计的钛模具。

 

Cordeiro说:“为了简化特殊光纤的制造,我们采用的设备和技术会随着3D打印的普及变得越来越便宜和易于使用其中,唯一需要的机器是一个紧凑的卧式挤压机,类似于为3D打印机生产灯丝的设备。它的尺寸大约是微波炉大小,比一个拉线塔便宜得多。具有实心零件和孔的钛模具与机出口耦合。”这种模具是通过3D打印增材制造生产的,由于一些公司专门提供增材制造服务,所以生产纤所需的唯一设备就是卧式机。