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在過去幾十年里，人們一直用的是傳統(tǒng)的圓柱形光纖。不過最近一種非常先進(jìn)的光纖技術(shù)開始嶄露頭角，這種光纖技術(shù)主要依靠每束玻璃內(nèi)部復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。這種帶有復(fù)雜微結(jié)構(gòu)的光纖被稱為光子帶隙光纖，目前已經(jīng)引起了數(shù)據(jù)通信和電信行業(yè)的極大興趣，因為這種光纖與傳統(tǒng)的相比具有很多優(yōu)勢，它能夠把光有效地限制在芯徑中。實現(xiàn)低損耗、低色散，并減少非線性影響，使光通信用高功率傳送成為可能。而通過正在探索的3D打印方法，研究人員將能夠更快、更經(jīng)濟地創(chuàng)建這種類型的光纖，甚至創(chuàng)造出之前不可想象的結(jié)構(gòu)。

該項目的研究團隊包括南安普頓大學(xué)Zepler研究所的Jayanta Sahu教授和他的研究團隊，以及該校工程與環(huán)境中心的楊守峰博士。研究人員稱，這些新的方法“可能為制造出更為復(fù)雜的光纖結(jié)構(gòu)鋪平道路，該結(jié)構(gòu)有望解鎖從生物技術(shù)到航空航天和電信等多個行業(yè)的應(yīng)用。”

各種結(jié)構(gòu)的光子帶隙光纖

這里稍微科普一下比較冷門的光纖制造工藝，該過程通常需要首先創(chuàng)建一個預(yù)制棒，然后將其加熱到非常接近二氧化硅或玻璃熔點的溫度。生產(chǎn)商會借助重力和自動化設(shè)備從這些接近熔化的材料中拉出細(xì)絲，形成我們常見的光纖。在這中間，預(yù)制棒的結(jié)構(gòu)會對基于它創(chuàng)建的每個光纖的最終結(jié)構(gòu)起到主要作用。于是當(dāng)生產(chǎn)商希望制造出帶有復(fù)雜微觀結(jié)構(gòu)的光纖時，事情就變得棘手了。

“我們將開發(fā)出全新的多材料增材制造（MMAM）設(shè)備，該設(shè)備能夠使用二氧化硅和其他含玻璃材料制造出傳統(tǒng)的和帶微結(jié)構(gòu)的光纖幾何形狀。”Sahu教授稱。“我們提出的方法可以用于產(chǎn)生復(fù)雜的光纖預(yù)制棒，而后者如果使用現(xiàn)有制造技術(shù)的話就非常困難、費時甚至無法實現(xiàn)。”

“不過這里還有許多挑戰(zhàn)，包括玻璃相當(dāng)高的熔化溫度，如果是二氧化硅的話其熔化溫度要達(dá)到2000℃；這就需要對摻雜劑、折射率分布與波導(dǎo)幾何形狀進(jìn)行精確控制，并且需要層與層之間的過渡是平滑的，否則所得到的光纖性質(zhì)將被改變。”Sahu教授補充說。

通過逐層3D打印預(yù)制棒，研究人員可以控制其復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以及從該預(yù)制棒中拉出的單個光纖的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

英國工程和物理科學(xué)研究理事會（EPSRC）為已經(jīng)為南安普頓大學(xué)的這個項目提供了大約110萬美元的資助，研究人員希望能夠在不久之后拿出成果。