GLI SCIENZIATI FANNO PROGREDIRE LA TECNOLOGIA DELLE FIBRE OTTICHE CON UNA NUOVA STAMPANTE 3D AD ALTA VELOCITÀ
Il team ha costruito una stampante 3D basata su SLA appositamente per il progetto, che ha consentito agli scienziati di personalizzare le proprie fibre ottiche con geometrie interne precedentemente impossibili. Proprio come qualsiasi sistema a base di resina, funziona polimerizzando i fotopolimeri in parti solide strato per strato, tranne per il fatto che garantisce “facilità e precisione senza precedenti” durante la fabbricazione di strutture in fibra a velocità molto più elevate rispetto ai processi di produzione tradizionali.
La tecnologia delle fibre ottiche è in grado di trasmettere informazioni alla velocità della luce. In quanto tale, è la forza trainante di tutta una serie di moderne tecnologie, inclusi dispositivi di imaging medico, sistemi di comunicazione militare e, naturalmente, Internet ad alta velocità.
Le fibre a cristalli fotonici (PCF) sono una sottoclasse di fibra ottica emersa all’Università di Bath nel 1996. I PCF sono speciali in quanto presentano diversi canali interni che corrono lungo l’intera lunghezza della fibra. I canali agiscono come specchi quasi perfetti, migliorando l’intrappolamento della luce delle fibre e le proprietà di lunga propagazione. Ciò significa in definitiva una velocità di trasmissione più rapida e una riduzione della perdita di informazioni.
“Le fibre di cristallo fotonico consentono di confinare la luce in spazi molto ristretti, aumentando l’interazione ottica”, spiega Andrea Bertoncini, coautore dello studio. “Ciò consente alle fibre di ridurre notevolmente la distanza di propagazione necessaria per realizzare particolari funzioni ottiche, come il controllo della polarizzazione o la divisione della lunghezza d’onda”.
Il metodo principale per regolare le proprietà ottiche di un PCF è modificare la sua geometria della sezione trasversale. Questo viene fatto nella fase di produzione iniziale, dove le fibre vengono convenzionalmente estratte da un pool di vetro di silice fusa. I fattori che possono influenzare le proprietà di una fibra includono la dimensione e la forma delle camere cave, nonché il modello della sezione trasversale stesso.
Poiché il diametro di una fibra ottica è spesso una frazione di millimetro, i modelli vengono solitamente disegnati prima nelle versioni ingrandite delle fibre. Sebbene funzioni, introduce limiti al numero di geometrie possibili a causa di fattori come la gravità e la tensione superficiale.
“Le fibre di cristallo fotonico offrono agli scienziati un tipo di ‘manopola di sintonizzazione’ per controllare le proprietà di guida della luce attraverso il design geometrico”, aggiunge Bertoncini. “Tuttavia, le persone non stavano sfruttando appieno queste proprietà a causa delle difficoltà di produrre schemi di fori arbitrari con metodi convenzionali. La cosa sorprendente è che ora, con il nostro approccio, puoi fabbricarli. Progettate il modello 3D, lo stampate e il gioco è fatto. “
Secondo Bertoncini, il nuovo processo consente anche di fabbricare più aree di sezione trasversale lungo una singola fibra ottica, una caratteristica che altrimenti sarebbe impossibile. La tecnica può essere utilizzata per dividere un raggio di luce nelle sue singole componenti di polarizzazione, proprio come un prisma fa con un raggio di luce bianca. È inoltre possibile utilizzare più aree di sezione trasversale per variare il fuoco di un raggio di luce come e quando necessario, aprendo la strada a un metodo completamente nuovo di produzione di fibre ottiche ad alta velocità e altamente personalizzato.
Ulteriori dettagli dello studio possono essere trovati nel documento intitolato ” Guide d’onda stampate in 3D basate su progetti di fibre a cristalli fotonici per dispositivi fotonici complessi con estremità in fibra “. È coautore di Andrea Bertoncini e Carlo Liberale.
