Новый метод сократит производство оптоволокна на десятки процентов
Современные оптоэлектронные устройства используют активные оптические волокна, легированные редкоземельными металлами. Их производство начинается с создания стеклянных заготовок с добавками, требующих точного контроля формы, светопропускания и распределения примесей. Традиционные методы предполагают последовательные измерения на разных приборах, что дорого и трудоемко. Ученые ПФИЦ УрО РАН и Пермского Политеха разработали автоматизированный стенд для одновременной оценки всех ключевых параметров. Новый метод ускоряет производство на десятки процентов, повышая качество продукции.
Статья с результатами опубликована в журнале Optics. Заготовку для оптоволокна создают из чистого стекла и добавляют различные примеси, которые улучшают показатели преломления света и параметры люминесценции (свечения), обычно это оксиды германия, алюминия или эрбия. Затем ее нагревают и медленно вытягивают в тонкую нить – это и есть оптическое волокно, толщина которого обычно составляет около 125 микрометров (примерно, как человеческий волос). После нанесения защитного полимерного покрытия диаметр типового волокна составляет 250 микрометров.
Все его основные характеристики полностью наследуются от изначально созданной заготовки. Поэтому при проверке качества строго определяют ее оптические, люминесцентные и геометрические параметры — то есть форму, диаметр, профили показателя преломления света, а также однородность распределения добавок по длине и сечениям заготовки. Для этого с помощью специальных лазеров, сканеров и других высокоточных приборов необходимо отдельно измерять каждый показатель, что сильно замедляет производство. Также в данном процессе нередко используют опасные синтетические масла, легко воспламеняемые и ядовитые для человека.
Ученые ПФИЦ УрО РАН и Пермского Политеха предложили подход, объединяющий несколько измерений в одну процедуру. Для этого они разработали автоматизированный лабораторный стенд, который одновременно изучает ключевые свойства материала с помощью света и различных датчиков. Разработка устраняет ограничения традиционных методов и значительно ускоряет процесс контроля качества.
Система работает следующим образом: в измерительный стенд горизонтально встраивается заготовка оптоволокна (от 10 сантиметров до 1,5 метров), которая в процессе постепенно перемещается вдоль направляющей, около нее перемещаются и специальные детекторы. Излучение инфракрасного лазерного диода направляется в образец и благодаря эффекту люминесценции визуализирует места скопления активного редкоземельного металла, например, эрбия, а инфракрасный фотодетектор улавливает этот свет и регистрирует его по всей длине образца. Также в тестовом режиме в системе были опробованы методы оценки показателя преломления и геометрических параметров при помощи камеры и белого светодиода.
Для оценки преломления света разработчики предложили удобный способ с использованием простого источника белого света. Отразившись от специальной поверхности и пройдя через заготовку, он проецирует на матрицу фотоэлементов последовательность областей с разной цветовой информацией (наподобие QR-кода), а встроенный алгоритм обрабатывает полученные данные и сравнивает с параметрами эталонного (идеального) образца. Это помогает быстро оценить, есть ли дефекты, и насколько заготовка получилась качественной.
В будущем ученые планируют улучшить систему, чтобы она могла измерять концентрацию и других элементов в заготовках и восстанавливать полный профиль показателя преломления с помощью искусственного интеллекта.
– Сегодня погрешность измерения концентрации редкоземельного металла в нашей системе не превышает 5%. Это важно, потому что от этого зависят свойства будущего продукта. Например, если в волокне слишком много эрбия, излучение будет быстро поглощаться, а если его недостаточно, эффективность лазера или усилителя, изготовленного при помощи этого волокна, будет также низкой из-за плохой люминесценции, – рассказывает Константин Латкин, ассистент кафедры общей физики ПНИПУ, младший научный сотрудник лаборатории фотоники ИМСС УрО РАН – филиала ПФИЦ УрО РАН.
Практика показала, что полученные данные позволяют гибко контролировать технологический процесс производства оптических волокон, а также экономить сырье, включающее в себя дорогостоящие редкоземельные металлы, сокращая при этом продолжительность технологического процесса,
– Новизна подхода заключается в работе «сухим» методом, то есть заготовка не погружается в токсичное синтетическое масло, что делает процесс менее трудоемким и безопасным, – добавляет Артем Туров, ассистент кафедры общей физики ПНИПУ, младший научный сотрудник лаборатории фотоники ИМСС УрО РАН – филиала ПФИЦ УрО РАН.
Часть методов из исследования уже применяется промышленным партнером для контроля заготовок активных оптических волокон.
Разработка ученых позволяет комплексно определять сразу несколько ключевых параметров заготовок оптических волокон на одной установке. Полностью автоматизированный процесс обеспечивает быстроту, безопасность и точность системы, что значительно повысит надежность производства оптоволоконных технологий.
Telegram 
Дзен 
VK Крупные травоядные утконосые майазавры известны своим развитым социальным поведением. Они жили семьями и строили гнезда для своих детенышей. Даже название вида переводится с греческого языка как «ящер — хорошая мать». Исследование окаменелых зубов майазавров показало, что они выращивали детенышей совсем не так, как это считалось типичным для животных глубокой древности.
Десятого мая 1940 года вермахт пришел в движение. Через 42 суток англо-французские армии были разгромлены, а Франция капитулировала. Как это произошло, ведь союзники имели больше солдат, танков и пушек, чем немцы? В СССР причиной посчитали нежелание французов воевать, немцы же, говорили советские военные, не внесли в стратегию ничего нового. Реальность была строго обратной: разгром Франции был новым словом в войне, и такой же сценарий Гитлер применил против СССР через год. Что именно произошло и отчего советское руководство не смогло осознать случившееся?
Римская империя господствовала в Британии на протяжении приблизительно четырех веков. За это время римляне сильно повлияли на местное население: строили города, внедряли новые законы, развивали торговлю и меняли образ жизни. Однако авторы нового исследования выяснили, что вопреки распространенному мнению, генетический вклад как римлян, так и викингов в население Британских островов был на удивление слабым. Гораздо большее влияние на происхождение современных британцев оказали более поздние миграции англосаксов.
Нейробиологи СПбГУ продемонстрировали, что активация рецептора следовых аминов TAAR1 эффективно подавляет агрессивное поведение, вызванное полным отсутствием серотонина в мозге. В дальнейшем этот результат поможет в разработке лекарственных препаратов, направленных на коррекцию патологических форм агрессии, возникающих при посттравматическом стрессовом расстройстве (ПТСР) и шизофрении.
Крупные травоядные утконосые майазавры известны своим развитым социальным поведением. Они жили семьями и строили гнезда для своих детенышей. Даже название вида переводится с греческого языка как «ящер — хорошая мать». Исследование окаменелых зубов майазавров показало, что они выращивали детенышей совсем не так, как это считалось типичным для животных глубокой древности.
Астрономы впервые использовали гравитационные волны, чтобы косвенно оценить параметры одного из ключевых процессов термоядерного горения в массивных светилах. Именно от него зависит, какие звезды взрываются, какие превращаются в черные дыры и как во Вселенной появляются углерод и кислород — элементы, без которых не было бы ни планет, ни жизни.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Химические связи в материале, из которого сделана электроника, разрываются не из-за накопительного износа от протекания тока через них, а из-за электронов с конкретной энергией.
Термоядерные электростанции не смогут конкурировать по цене с возобновляемыми источниками энергии из-за медленного удешевления технологии. По расчетам, расходы на каждую новую установку падали максимум на 8% — много раз ниже ранних ожиданий венчурных инвесторов. Это перечеркивает экономический смысл финансовых вливаний, и мир может никогда не увидеть дешевой термоядерной энергии.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно