3Dプリントされたプリフォームから引き出されたシングルモードおよびマルチモードシリカ光ファイバー

最近発表された「3Dプリントされたプリフォームから引き出されたシリカ光ファイバー」の中で、著者らは、おそらく通信やモノのインターネット（IoT）技術に関連するさまざまなネットワークの部品の設計と製造に使用できるシングルモードおよびマルチモード光ファイバーを作成しました。

著者らによると、シリカ光ファイバーは、その普遍性と低損失レベルにより、「3D プリント光ファイバーの聖杯」である。実際、競争する以外に選択肢はない、と研究者らは指摘している。この研究では、研究者らは 3D プリントと熱処理プロセスによるシリカプリフォームの製造プロセスを調査しましたが、T = 1900°C を超える温度が必要であることを考えると、これは決して小さな成果ではありません。この問題を回避するために、研究者らは DLP 印刷を通じて融点の低いポリマー (ハイブリッドポリマーとガラスの混合物) を使用することを試みました。このプロセスに含まれる手順は次のとおりです。

光硬化性樹脂の調製
プリフォームの3Dプリント
コア製造
熱脱脂
最終繊維引き抜き

3D プリントによるステップインデックス型シリカ光ファイバーの製造<br /> 研究者らは、DLP プリンターを使用して混合樹脂を重合し、任意の構造を作成しました。彼らは Inventor CAD を使用してプリフォームを設計し、それを 3D プリントして UV 光で硬化させました。脱脂後、研究者らはプリフォームを石英管に入れて支持し、低い伸張温度で水、空気、残留ポリマーを除去した。

「温度が徐々に上昇するにつれて、ポリマーがアブレーションされてシリカナノ粒子が残り、それらが互いに接近してプリフォームが収縮します」と研究者らは指摘する。「高温で焼結すると、それらが融合します。」

屈折率差曲線光学顕微鏡を使用して光ファイバーの品質を確認 3Dプリントされたシングルモードとマルチモードの断面を表示

a) 損失測定の実験構成 b) 最小のエクリプス直径と最大のエクリプス直径の両方を持つ 3D プリントされたマルチモードファイバーの損失スペクトルは、より高い均一張力を示しています。「損失の増加」がある場合は、界面散乱の可能性と、水からの「大きな寄与」を示しており、これは気泡が閉じ込められた水を閉じ込めている可能性があることを意味します。研究者たちは、この問題は以下の方法を用いることで解決できると考えています。

高純度、乾燥出発化学物質
焼結と脱脂
クォーツ外管を取り外す

「要約すると、このようなファイバーの伝送特性を改善する余地はまだかなりあるが、3Dプリントされたプリフォームから初めてシングルモードおよびマルチモードのシリカ光ファイバーが作られた。これは比較的簡単に達成でき、付加製造が光ファイバーの製造に革命をもたらすことを証明した」と研究者らは結論付けた。 ”

「従来の労働集約型の旋盤ベースの方法とは異なり、設計と製造は中央回転や細かく積み重ねられたプリフォームに制限されないため、改良されたマルチコアおよび複雑な光ファイバー（最適化されたフレネルファイバーなど）などの構成の製造が可能になります。さらに広い意味では、他の方法では不可能だった、難しい複雑なパターン、マルチコア、マルチサイズ、および形状のファイバーを製造できます。元のポリマーバージョンを基にしたこの研究は、ファイバーの製造とアプリケーションにおけるエキサイティングな新時代の到来を告げています。」

3D プリントは、ケイ酸塩骨の足場からシリコンやエポキシ樹脂、複合材料などを使用した印刷まで、材料の使用を中心に据えた技術です。