研究人员提出一种超简单又廉价的方法来生产光纤

光纤挤压装置示意图。来源:《科学报告》

巴西圣保罗州坎皮纳斯大学物理研究所(IFGW-Unicamp)的研究员兼教授克里斯蒂亚诺·科迪罗(Cristiano Cordeiro) 开发了一种比传统方法更简单，更快，更便宜的新型特种光纤生产工艺。在圣保罗研究基金会FAPESP奖学金资助下，以及与Heike Ebendorff-Heidepriem的合作关系，Cordeiro在澳大利亚阿德莱德大学(University of Adelaide)的研究实习期间发明了这项创新，并在《科学报告》上发表了相关论文。

Cordeiro 说：“传统工艺需要非常大且昂贵的机器，耗时将近一周。我们的工艺可以用台式设备完成，成本至少便宜100倍，并且从原料到最终产品只需不到一个小时。这将使更多的研究人员和实验室能够生产他们自己的光纤。”这一过程大致类似于生产意大利面所使用的挤压方法:通过在韧性材料上施加压力，迫使其通过模具，从而生产出具有特定内部结构的光纤。当然，这一切都要更加严格和精确。

全世界安装了数亿公里的光纤，它们传输的数据量大约每两年就翻一番。光纤不仅用于通信，还用于遥感监测温度、机械应力、静水压力或流体流动，以及其他许多参数。由于质量轻，强度大，它们在恶劣的环境和难以接近的地点都能发挥作用。

这些特性说明创新光纤制造工艺的重要性。Cordeiro说:“传统工艺包括几个阶段，需要高度复杂的设备，比如光纤拉丝塔。首先生产出预制棒，这是直径在2厘米到10厘米之间的巨型光纤。然后将其在拉丝塔中加热并进行拉伸。由于质量守恒，预制棒直径随长度的增加而减小。而我们提出的方法则简化了该过程，大大降低了成本。我们设计的设备可以执行一个连续的过程，从聚合物颗粒开始，到成品光纤结束。”

该工艺不仅可以用于生产全固态光纤(其中光通过具有较高折射率的纤芯传输），而且可以用于生产包含纵向孔阵列的微结构光纤，从而增强了光学性能控制并增加了其他功能，比如，光可以在空气通道中传输，从而具有较低能量损耗。为了制造出微结构，研究人员使用了具有适当设计的钛模具。

Cordeiro说:“为了简化特殊光纤的制造，我们采用的设备和技术会随着3D打印的普及而变得越来越便宜和易于使用。其中，唯一需要的机器是一个紧凑的卧式挤压机，类似于为3D打印机生产灯丝的设备。它的尺寸大约是微波炉大小，比一个拉线塔便宜得多。具有实心零件和孔的钛模具与挤压机出口相耦合。”这种模具是通过3D打印增材制造生产的，由于一些公司专门提供增材制造服务，所以生产光纤所需的唯一设备就是卧式挤压机。