Gli scienziati cercano di evolvere i processi di produzione per le preforme a nucleo cavo
Gli scienziati della Fraunhofer-Gesellschaft e della Max-Planck-Gesellschaft stanno lavorando insieme sui processi per la produzione di preforme per fibre a struttura cava con nuove forme geometriche.
Nel progetto, noto come “Componenti fotonici tridimensionali generati dal laser” (LAR3S), i partner uniranno la loro esperienza per ampliare le conoscenze di processo e sviluppare nuove tecnologie per la produzione di varie strutture 3D con i laser. Sono coinvolti l’Istituto Max Planck per la scienza della luce (MPL), l’Istituto Fraunhofer per la tecnologia laser ILT e l’Istituto Fraunhofer per la ricerca sui silicati ISC.
Il progetto LAR3S mira ad adottare un nuovo approccio alla produzione di componenti fotonici 3D con i laser, concentrandosi sull’incisione selettiva indotta da laser e sulla perforazione laser inversa. Un obiettivo chiave è ottenere processi e procedure che possono essere automatizzati.
Per elaborare l’interno del vetro, ad esempio, la radiazione laser viene utilizzata per penetrare nel materiale, consentendo di lavorare un’ampia varietà di materiali trasparenti con ampia libertà geometrica in tutte e tre le dimensioni. La sfida sta nei dettagli: per ottenere risultati privi di crepe e fratture, la ricerca deve comprendere in dettaglio le proprietà del materiale e i processi di lavorazione.
La fibra di vetro cava si ottiene generalmente avendo barre o tubi di vetro impilati insieme e allungati, noto come processo di impilamento e estrazione. Nelle applicazioni di telecomunicazioni, le fibre cave con gas o vuoto a favore delle anime tradizionali possono essere utilizzate per abilitare proprietà come una maggiore velocità della luce e una ridotta sensibilità alle variazioni ambientali.
La costruzione di fibre strutturate è solitamente limitata a una forma esagonale quando viene utilizzato il metodo stack-and-draw. Gli ingegneri di Fraunhofer ILT continuano a sviluppare un processo brevettato – la perforazione a raggio laser inverso – con il quale è possibile realizzare in modo completamente automatico strutture più complesse e quindi potenzialmente più vantaggiose. In questo processo, il raggio laser viene focalizzato attraverso un componente trasparente sul lato posteriore e spostato sulla superficie da ablare con uno scanner, praticando efficacemente un foro all’indietro nel vetro. Ciò consente di introdurre quasi tutte le strutture con proporzioni grandi nella fibra grezza e sono realizzabili anche altri materiali trasparenti. In futuro le strutture verranno calcolate al computer con intelligenza artificiale e realizzate direttamente con il laser.
Il coinvolgimento di Fraunhofer ISC apporta al progetto competenza nel controllo di processo: rimozione dei materiali residui ablati dai pozzi. I partner del progetto stanno ottimizzando i parametri laser e sviluppando metodi fisici o chimici per l’ottimizzazione del processo. L’obiettivo è creare strutture con proprietà dispersive su misura in preforme di fibre lunghe più di 200 mm.
Inoltre, per l’incisione selettiva indotta da laser, la radiazione laser focalizzata a impulsi ultracorti viene utilizzata per strutturare il volume e le superfici di un materiale trasparente privo di crepe, modificandone le proprietà chimiche in modo che possa essere successivamente inciso selettivamente. Quando la messa a fuoco viene deviata nel pezzo, le aree contigue vengono modificate, che possono essere rimosse nella seconda fase del processo mediante incisione chimica a umido. Questo processo in due parti offre inoltre ai suoi utenti un elevato grado di libertà geometrica. I partner del progetto vogliono ottimizzare il processo per nuove forme geometriche nella produzione di microrisonatori laser. Tali strutture possono essere utilizzate nelle telecomunicazioni e nella tecnologia quantistica.
Il progetto è finanziato dal programma di cooperazione Fraunhofer Max Planck e durerà tre anni.
