Как российские учёные упростили проверку качества оптоволокна

Что общего у лазеров, телекоммуникаций и волоса?

Всё это связано с оптическим волокном — тончайшей стеклянной нитью, толщиной с человеческий волос, по которой может передаваться свет и информация. Именно такие волокна лежат в основе современных лазеров, интернета и множества высокотехнологичных устройств.

Чтобы создать идеальное оптоволокно, сначала изготавливают стеклянную «заготовку» — словно черновик будущей нити. В эту заготовку добавляют редкоземельные металлы, такие как эрбий, германий или алюминий. Эти примеси улучшают свойства волокна, заставляя его светиться или усиливать проходящий сигнал. Однако малейшая ошибка в дозировке или распределении добавок может свести на нет всю работу.

Проверка качества таких заготовок — дело непростое. Обычно на это уходит много времени и сил: каждый параметр проверяется отдельно, на разных приборах, а иногда приходится использовать токсичные жидкости. Всё это замедляет производство и делает его опасным.

Но теперь всё изменится.

Учёные из Пермского федерального исследовательского центра УрО РАН и Пермского Политеха создали уникальную установку, которая умеет «смотреть» на заготовку сразу с нескольких сторон — и всё это в автоматическом режиме.

Как работает эта установка?

Заготовку закрепляют на специальной платформе, и она медленно движется вдоль направляющей. На неё направляется луч инфракрасного лазера, вызывающий свечение в местах, где скопились редкоземельные элементы. Специальный датчик улавливает это свечение и показывает, где добавки распределились правильно, а где — нет.

Параллельно камера и обычный светодиод анализируют форму и оптические свойства заготовки. Свет, проходя сквозь стекло, проецирует на сенсор «рисунок» — как своеобразный оптический QR-код. Умный алгоритм сравнивает его с идеальной моделью и сразу говорит, всё ли в порядке.

Ученые собрали всё в одном месте: и лазеры, и датчики, и программную обработку. А главное — отказались от токсичных жидкостей. Это делает процесс проще, быстрее и безопаснее.

Почему это важно?

Во-первых, новая система экономит время — вместо нескольких этапов проверки всё происходит за один проход. Во-вторых, она точна: отклонения при измерении состава не превышают 5%, а это очень важно для надёжной работы будущих лазеров и усилителей. И наконец, установка безопасна для человека и окружающей среды.

Цель ученых — сделать процесс не просто автоматическим, а умным. Они уже думают о подключении нейросетей, которые смогут предсказывать качество заготовки и находить скрытые дефекты.

Что дальше?

Часть технологии уже начала использоваться на производстве. В будущем её планируют доработать — научить распознавать больше элементов и строить детальные профили заготовок. Это значит, что лазеры и другие устройства станут ещё точнее, мощнее и надёжнее.

А значит — быстрее интернет, лучше медицинская диагностика, чище связь в космосе и многое другое.

Исследование опубликовано в журнале Optics (2024 год) и стало частью государственного проекта по развитию фотонных технологий.

Материал подготовлен компанией РОСКАБ (rscable.ru) — оптовые поставки кабеля по всей России