3D打印光纤预制棒技术或将引爆电信业革命

2015-07-06 08:47:21

在当今的数字化时代，光纤技术至关重要，尽管它早已经退居幕后，很少被公众注意。但是密布全球的光纤网络，早已成为全球数据通信的大动脉。

在过去几十年里，人们一直用的是传统的圆柱形光纤。不过最近一种非常先进的光纤技术开始崭露头角，这种光纤技术主要依靠每束玻璃内部复杂的结构。这种带有复杂微结构的光纤被称为光子带隙光纤，目前已经引起了数据通信和电信行业的极大兴趣，因为这种光纤与传统的相比具有很多优势，它能够把光有效地限制在芯径中。实现低损耗、低色散，并减少非线性影响，使光通信用高功率传送成为可能。而通过正在探索的3D打印方法，研究人员将能够更快、更经济地创建这种类型的光纤，甚至创造出之前不可想象的结构。

该项目的研究团队包括南安普顿大学Zepler研究所的Jayanta Sahu教授和他的研究团队，以及该校工程与环境中心的杨守峰博士。研究人员称，这些新的方法“可能为制造出更为复杂的光纤结构铺平道路，该结构有望解锁从生物技术到航空航天和电信等多个行业的应用。”

各种结构的光子带隙光纤

这里稍微科普一下比较冷门的光纤制造工艺，该过程通常需要首先创建一个预制棒，然后将其加热到非常接近二氧化硅或玻璃熔点的温度。生产商会借助重力和自动化设备从这些接近熔化的材料中拉出细丝，形成我们常见的光纤。在这中间，预制棒的结构会对基于它创建的每个光纤的最终结构起到主要作用。于是当生产商希望制造出带有复杂微观结构的光纤时，事情就变得棘手了。

“我们将开发出全新的多材料增材制造（MMAM）设备，该设备能够使用二氧化硅和其他含玻璃材料制造出传统的和带微结构的光纤几何形状。”Sahu教授称。“我们提出的方法可以用于产生复杂的光纤预制棒，而后者如果使用现有制造技术的话就非常困难、费时甚至无法实现。”

“不过这里还有许多挑战，包括玻璃相当高的熔化温度，如果是二氧化硅的话其熔化温度要达到2000℃；这就需要对掺杂剂、折射率分布与波导几何形状进行精确控制，并且需要层与层之间的过渡是平滑的，否则所得到的光纤性质将被改变。”Sahu教授补充说。

通过逐层3D打印预制棒，研究人员可以控制其复杂的内部结构，以及从该预制棒中拉出的单个光纤的内部结构。

英国工程和物理科学研究理事会（EPSRC）为已经为南安普顿大学的这个项目提供了大约110万美元的资助，研究人员希望能够在不久之后拿出成果。

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