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LAM 石英光纤的增材制造技术

更新时间:2022-05-12 11:00

  

  作为当今世界最重要的器件之一,被广泛的应用于通信和传感领域,随着 5G 和物联网的到来,光纤的作用正在从无源的电信传输介质扩展到光纤传感,光纤设备和激光器等各个方面。随之而来的是日益复杂的光纤的需求。

  然而,传统的石英光纤制造业受限于光纤的材料和结构灵活性,不易实现光纤的多样化和定制的功能。

  近年来,利用增材制造或3D 打印技术制造石英玻璃得到了广泛的关注。解决了石英玻璃由于高温和高粘度而产生的难以塑形的问题。但是,利用该技术制造的的石英材料较小,通常是十几毫米量级的片状玻璃或块状玻璃,这极大的限制了 3D 打印技术在石英光纤制造领域的应用。

  鉴于此,来自哈尔滨工程大学的楚玉石博士和张建中教授,与澳大利亚新南威尔士大学Gang-Ding Peng教授合作,在光纤制造领域取得了突破性进展,利用数字光处理(缩写为:DLP)3D打印技术成功制造了厘米级别的光纤预制棒,并通过拉纤时参数的控制获得单模以及多摸光纤。在此基础上,该课题组进一步延伸了此项工作,将铋离子和铒离子掺杂入单芯光纤和七芯光纤中,实现了多组分光纤及结构性光纤的制造。该研究成果以“Additive Manufacturing Fiber Preforms for Structured Silica Fibers with Bismuth and Erbium Dopants(铋铒共掺杂具有结构性的石英光纤的增材制造)”为题在线发表在Light: Advanced Manufacturing。

  研究者利用商用的 DLP 3D 打印机固化了含有纳米二氧化硅颗粒的紫外光敏树脂,并在孔中按照需求加入功能性的纤芯材料。随后利用马弗炉对预制棒进行脱脂去除有机物,最后拉制成为光纤,如图1所示。电子探针的结果显示利用 3D 打印技术制造的光纤的纤芯和包层具有理想的元素分布。

  虽然制造光纤的损耗较高且七芯光纤的纤芯形状不够完善,但是该技术有效的打破了传统石英光纤制造领域的桎梏,例如 MCVD 制造多芯光纤时纤芯的精确定位与制造微结构光纤时繁琐的堆积,有望为石英光纤的制造业带来革命性变革。

  关键词

  Light:AdvancedManufacturing,增材制造,3D打印,哈尔滨工程大学,楚玉石,张建中,石英光纤,制造业

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