Περίληψη
Ως νέος τύπος οπτικής ίνας, η φωτονική κρυστάλλινη ίνες (PCF) διαθέτει μοναδικά οπτικά χαρακτηριστικά που ξεπερνούν τις συμβατικές ίνες, προσελκύοντας ευρεία προσοχή τα τελευταία χρόνια .. Τα πεδία εφαρμογής . έρευνα δείχνουν ότι η μέθοδος στοίβας και της βάσης είναι κατάλληλη για την παρασκευή σύνθετων δομών, αλλά έχει χαμηλή απόδοση. Η μέθοδος εξώθησης είναι κατάλληλη για τη μαζική παραγωγή, αλλά έχει διαρθρωτικούς περιορισμούς. Η μέθοδος Sol-Gel μπορεί να παράγει ίνες υψηλής ποιότητας αλλά με υψηλότερο κόστος. Ενώ η τεχνολογία 3D εκτύπωσης προσφέρει ευελιξία σχεδιασμού, αλλά απαιτεί βελτιωμένη ακρίβεια . Η μελλοντική ανάπτυξη της κατασκευής PCF θα επικεντρωθεί σε σύνθετα πολυ-υλικού, έλεγχο ακριβείας νανοκλίμακας και έξυπνη κατασκευή .
Εισαγωγή
Η φωτονική κρυστάλλινη ίνες (PCF) είναι ένας νέος τύπος οπτικής ίνας που διαθέτει μικροδομημένη επένδυση που αποτελείται από περιοδικά διατεταγμένες οπές αέρα και στερεά διηλεκτρικά υλικά . σε σύγκριση με τις συμβατικές ίνες, το PCF παρουσιάζει μοναδικά πλεονεκτήματα, όπως τα ατελείωτα κιβωτίου ταχυτήτων, τα συντονισμένα διασκορπιστικά χαρακτηριστικά και τα υψηλά μη γραμμικά συντελεστές Οι συσκευές και άλλα πεδία . Με τη συνεχή επέκταση των εφαρμογών PCF, η τεχνολογία κατασκευής της έχει εξελιχθεί γρήγορα από την εργαστηριακή εξερεύνηση σε βιομηχανική παραγωγή . Το παρόν έγγραφο στοχεύει να συνοψίζει συστηματικά τις κύριες μεθόδους κατασκευής των PCF, την ανάλυση και τη σύγκριση των πλεονεκτημάτων και των καταστροφών των διαφόρων τεχνολογιών και των αναφορών για την περαιτέρω έρευνα και εφαρμογές για την περαιτέρω έρευνα PCF .
1. Βασική δομή και χαρακτηριστικά των φωτονικών κρυσταλλικών ινών
Το θεμελιώδες δομικό χαρακτηριστικό του PCF είναι μια περιοδική σειρά οπών αέρα στη διατομή ινών που εκτείνονται κατά μήκος της αξονικής κατεύθυνσης . με βάση το φως των φωτεινών μηχανισμών μεταξύ του refrect-{}}. Το PCF που καθοδηγεί το Photonic Bandgap χρησιμοποιεί την επίδραση του Bandgap των φωτονικών κρυστάλλων για να περιορίσει τη διάδοση του φωτός στην περιοχή του πυρήνα .
Η μοναδική δομή του PCF το προσφέρει με πολλά εξαιρετικά χαρακτηριστικά: πρώτον, προσαρμόζοντας τη διάταξη και το μέγεθος των οπών αέρα, μπορεί να επιτευχθεί ατελείωτη μετάδοση με ένα δομικό, ακόμη και ενεργοποιητικό, ακόμη και ενεργοποιημένο, το PCF μπορεί να ελεγχθεί με ένα συγκεκριμένο εύρος μήκους κύματος, αυτά τα χαρακτηριστικά, τα χαρακτηριστικά, τα χαρακτηριστικά αυτά καθιστούν το PCF εξαιρετικά πολύτιμο σε εφαρμογές όπως η παραγωγή supercontinuum, τα λέιζερ ινών και η ανίχνευση αερίου .
2. Μέθοδος στοίβας-και-draw για την κατασκευή PCF
Η μέθοδος στοίβας-και-draw είναι μία από τις πιο συχνά χρησιμοποιούμενες τεχνικές για την κατασκευή PCF . Η βασική διαδικασία περιλαμβάνει την τοποθέτηση εκατοντάδων τριχοειδών πυριτίων σε ένα υλικό βάσης. τότε χειροκίνητα ή μηχανικά συναρμολόγηση της τριχοειδούς στοίβας σύμφωνα με τη σχεδιασμένη δομή πλέγματος (όπως εξαγωνική ή τετράγωνο). Στη συνέχεια, συγχωνεύοντας τη στοίβα σε μια ολοκληρωμένη προ -μορφοποίηση σε υψηλή θερμοκρασία. και τελικά σχεδιάζοντας την προ -μορφοποίηση σε ίνες ενώ ελέγχετε παραμέτρους όπως η θερμοκρασία και η τάση .
Το πλεονέκτημα της μεθόδου στοίβας-και-draw έγκειται στην ευελιξία της για τη δημιουργία διαφόρων πολύπλοκων δομών, συμπεριλαμβανομένων ειδικών σχεδίων όπως οι διαμορφώσεις πολλαπλών και πολλαπλών οπών, ενώ παράλληλα παράγουν υψηλής ποιότητας ίνες . Ωστόσο, αυτή η μέθοδος έχει επίσης σημαντικά μειονεκτήματα: η χειροκίνητη επεξεργασία στοίβαξης είναι η χρονική κατανόηση και η Εργατική-Εισαγωγή, καθιστώντας δύσκολη την παραγωγή υψηλής ποιότητας. Η ακρίβεια στοίβαξης επηρεάζει άμεσα τις επιδόσεις των ινών, απαιτώντας υψηλής ειδίκευσης χειριστές. Επιπλέον, τα ελαττώματα κακής ευθυγράμμισης είναι επιρρεπείς όταν στοιβάζονται σύνθετες δομές . για να ξεπεραστούν αυτές οι ελλείψεις, οι ερευνητές έχουν αναπτύξει αυτοματοποιημένο εξοπλισμό στοίβαξης και βελτιστοποιημένες διαδικασίες, όπως η ρομποτική υποβοηθούμενη στοίβαξη και οι νέες τεχνικές συγκόλλησης, η σημαντική βελτίωση της αποτελεσματικότητας και της αξιοπιστίας της μεθόδου Stack-and-DRAW.
3. Μέθοδος εξώθησης για την κατασκευή PCF
Η μέθοδος εξώθησης είναι μια άλλη σημαντική τεχνική κατασκευής PCF, ιδιαίτερα κατάλληλη για τη βιομηχανική παραγωγή . Αυτή η μέθοδος περιλαμβάνει πρώτα τη διάνοιξη του επιθυμητού μοτίβου οπών σε ένα στερεό πυριτικό κενό, ακολουθούμενη από τη σχηματισμό μέσω της εξώθησης κάτω από τη θερμοκρασία και την πίεση χρησιμοποιώντας τα καλούπια { Η εξώθηση διεξάγεται σε χαμηλότερες θερμοκρασίες και είναι πιο κατάλληλη για απλούστερες δομές .
Το μεγαλύτερο πλεονέκτημα της μεθόδου εξώθησης είναι η υψηλή απόδοση παραγωγής της, καθιστώντας το κατάλληλο για τη μαζική παραγωγή, με καλή συνέπεια στις κατασκευασμένες δομές ινών ., ταυτόχρονα, η μέθοδος αυτή μπορεί να παράγει ειδικές δομές που είναι δύσκολο να επιτευχθούν με τη μέθοδο στοίβας και της στάσης, όπως οι απεριόδωτες ρυθμίσεις και οι βαθμολογημένες apertures {3}, Τα καλούπια είναι πολύπλοκα και δαπανηρά. Είναι δύσκολο να παράγουμε δομές με εξαιρετικά μικρά ανοίγματα (<1 μm); and stress non-uniformity can easily occur during the extrusion process. In recent years, with advancements in precision machining technology, significant progress has been made in mold accuracy and process control for the extrusion method, enabling the fabrication of more complex PCF structures.
4. Άλλες μεθόδους κατασκευής
Εκτός από τις μεθόδους στοίβας-και-draw και εξώθησης, οι ερευνητές έχουν αναπτύξει αρκετές νέες τεχνικές κατασκευής PCF . Η μέθοδος Sol-Gel παράγει πορώδη preforms μέσω των χημικών λύσεων, προσφέροντας πλεονεκτήματα όπως η υψηλή καθαρότητα και η εξαιρετική ομοιομορφία, καθιστώντας την ιδιαίτερα κατάλληλη για το ειδικό υλικό PCFs Κατασκευή, επιτρέποντας την άμεση εκτύπωση σύνθετων τρισδιάστατων δομών και ενεργοποιώντας τα σχέδια που δεν μπορούν να επιτύχουν οι παραδοσιακές μέθοδοι, αν και η τρέχουσα ακρίβεια εκτύπωσης και η υλική απόδοση εξακολουθούν να χρειάζονται βελτίωση .
Επιπλέον, βρίσκονται υπό διερεύνηση αρκετές αναδυόμενες μέθοδοι, όπως οι τεχνικές μικρο-μικρο-συναρμολόγησης λέιζερ . Αυτές οι μέθοδοι έχουν μοναδικά χαρακτηριστικά, προσφέροντας περισσότερες δυνατότητες για την κατασκευή PCF, αν και οι περισσότεροι παραμένουν στο εργαστηριακό στάδιο της έρευνας και απαιτούν περαιτέρω ανάπτυξη και αναχρηματοδότηση.
5. συμπέρασμα
Πάνω από περισσότερες από δύο δεκαετίες ανάπτυξης, η τεχνολογία κατασκευής PCF έχει σημειώσει σημαντική πρόοδο, εξελίσσεται από την αρχική εργαστηριακή χειρωνακτική παραγωγή έως τις σημερινές ημιαυτόματες κατασκευές . Οι δυνατότητες στοίβας-και-draw και εξώθησης έχουν γίνει σχετικά ώριμες ως τεχνολογίες mainstream. Τα σύνθετα πολυεπίπεδη, ο έλεγχος ακριβείας νανοκλίμακας και η έξυπνη παραγωγή για να ανταποκριθούν στις αυξανόμενες απαιτήσεις των ειδικών εφαρμογών . Εν τω μεταξύ, η μείωση του κόστους, η βελτίωση της αποτελεσματικότητας της παραγωγής και η διασφάλιση της συνέπειας του προϊόντος παραμένουν σημαντικές προκλήσεις για την εκβιομηχάνιση { πεδία .