В коммуникационных технологиях, навигации, медицине, нефтегазовой промышленности и даже в космосе для передачи больших объемов информации на дальние расстояния используют оптоволокно. Качество передаваемого сигнала напрямую зависит от наконечника, который механически выравнивает и соединяет концы кварцевых волокон между собой. Его можно встретить, когда подключается кабель с интернет-соединением к компьютеру или любому другому устройству. Оптоволокно должно быть хорошо зафиксировано в наконечнике, чтобы не допустить затухания сигнала и потери информации. Ученые ПНИПУ разработали эффективный способ его крепления в нужном положении с помощью гидрогеля из плавленого кварца и щелочи. Технология обеспечит надежное соединение волоконных линий и лучшую передачу светового сигнала.
Статья с результатами исследования опубликована в журнале «GLASS AND CERAMICS», 2024 год. Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Оптический соединитель — это устройство, в наконечник которого вклеено оптоволокно. Он позволяет быстро подключать и разъединять волоконные линии между собой и с различными устройствами. Качество их соединения напрямую зависит от метода, который используется для сцепления наконечника с оптическим волокном. Важно не допустить между ними зазора, иначе могут возникнуть потери сигнала и ошибки в передаче информации.
В основном наконечники соединителей изготавливают из плавленого кварца (кремнезема) благодаря его высокой химической и механической стойкости. Его используют в работе оптоволокна при повышенных температурах вплоть до 300 °C. Полимерные клеи применять при таких температурах становится невозможным. Кварцевые детали также можно соединять с помощью лазерной сварки, но такое соединение затруднительно при массовом производстве и не гарантирует плотного крепления по всей окружности контакта.
Поэтому сейчас изучаются различные способы соединения волоконных линий и наконечника с использованием химических составов, стабильных при высоких температурах. Ученые Пермского Политеха разработали уникальную технологию получения гидрогеля, который прочно фиксирует оптическое волокно внутри отверстия наконечника.
— Сам соединитель и оптоволокно сделаны из плавленого кремнезема (кварца). Вступая в реакцию с гидроксидом натрия (щелочью), он образует полисиликат натрия — материал, который склонен к гелеобразованию и обладает связующими свойствами. При нагревании он расширяется и закрепляет оптическое волокно в нужном положении. Благодаря такому взаимодействию щелочи с поверхностями деталей мы получили фиксирующий гидрогель, — поясняет научный сотрудник лаборатории рационального природопользования и природоподобных технологий ПНИПУ, кандидат технических наук Марина Красновских.
Для проверки метода на практике политехники наносили 0,1 М раствор гидроксида натрия на соединитель со вставленным в него оптическим волокном. После заполнения зазора между деталями изделие помещали в термостат при температуре 90°C на один день, а затем подвергали термообработке при 250°C в течение 15 минут. Это привело к образованию непрерывной ячеистой структуры, которая прочно закрепила оптическое волокно в наконечнике.
Полученный учеными Пермского Политеха гидрогель эффективно фиксирует оптоволокно в наконечнике в необходимом положении. Разработанный метод крепления обеспечивает надежное соединение и не допускает потерю сигнала при использовании оптоволокна в различных областях промышленности.
