Mikrostrukturerede optiske fibre finder deres 3-D-printede rille

Småskala optiske enheder, der er i stand til at bruge fotoner til højhastighedsinformationsbehandling, kan fremstilles med hidtil uset lethed og præcision ved hjælp af en additiv fremstillingsproces udviklet hos KAUST.

Fiberoptik fremstilles konventionelt ved at trække tynde filamenter ud af smeltet silicaglas ned til mikroskala dimensioner. Ved at tilføre disse fibre lange smalle hule kanaler, en ny klasse af optiske enheder kaldet "fotoniske krystalfibre" blev introduceret. Det periodiske arrangement af lufthuller i disse fotoniske krystalfibre virker som næsten perfekte spejle, tillader indfangning og lang udbredelse af lys i deres centrale kerne.

"Fotoniske krystalfibre giver dig mulighed for at begrænse lys i meget trange rum, øge den optiske interaktion, " forklarer Andrea Bertoncini, en postdoc, der arbejder med Carlo Liberale. "Dette gør det muligt for fibrene at reducere den udbredelsesafstand, der er nødvendig for at realisere bestemte optiske funktioner, massivt, som polarisationskontrol eller bølgelængdeopdeling."

En måde, som forskere bruger til at tune de optiske egenskaber af fotoniske krystalfibre, er ved at variere deres tværsnitsgeometri - at ændre størrelsen og formen af ​​de hule rør, eller arrangere dem i fraktale designs. Typisk, disse mønstre er lavet ved at udføre tegneprocessen på opskalerede versioner af den endelige fiber. Ikke alle geometrierne er mulige med denne metode, imidlertid, på grund af virkningerne af kræfter som tyngdekraft og overfladespænding.

For at overvinde sådanne begrænsninger, gruppen vendte sig til en højpræcisions tredimensionel (3-D) printteknologi. Brug af en laser til at omdanne lysfølsomme polymerer til transparente faste stoffer, holdet opbyggede fotoniske krystalfibre lag for lag. Karakteriseringer afslørede, at denne teknik med succes kunne replikere det geometriske mønster af flere typer mikrostrukturerede optiske fibre ved hurtigere hastigheder end konventionelle fabrikationer.

Bertoncini forklarer, at den nye proces også gør det nemt at kombinere flere fotoniske enheder sammen. De demonstrerede denne tilgang ved at 3-D-printe en række fotoniske krystalfibersegmenter, der opdeler polarisationskomponenterne af lysstråler i adskilte fiberkerner. En specialfremstillet tilspidset forbindelse mellem stråledeleren og en konventionel fiberoptik sikrede effektiv enhedsintegration.

"Fotoniske krystalfibre tilbyder videnskabsmænd en type 'tuning-knap' til at kontrollere lysledende egenskaber gennem geometrisk design, " siger Bertoncini. "Men, folk udnyttede ikke disse egenskaber fuldt ud på grund af vanskelighederne med at producere vilkårlige hulmønstre med konventionelle metoder. Det overraskende er, at nu, med vores tilgang, du kan fremstille dem. Du designer 3D-modellen, du udskriver det, og det er det."