Le cœur de la fibre optique d'un kilomètre de long est entièrement constitué de glycérine. Crédit :Empa
Les données et les signaux peuvent être transmis rapidement et de manière fiable avec des fibres de verre, tant que la fibre ne se casse pas. De fortes contraintes de flexion ou de traction peuvent le détruire rapidement. Une équipe de l'Empa a maintenant développé une fibre avec un noyau de glycérol liquide qui est beaucoup plus robuste et peut transmettre des données de manière tout aussi fiable. Et ces fibres peuvent même être utilisées pour construire des composants microhydrauliques et des capteurs de lumière.
"En termes de fibres polymères optiquement conductrices, nous avons essayé toutes sortes de choses, " dit Rudolf Hufenus. " Mais même avec les meilleurs noyaux de fibres solides, nous ne pourrons jamais atteindre une telle élasticité qu'avec notre fibre remplie de liquide. » La combinaison spéciale de propriétés optiques et mécaniques pourrait maintenant ouvrir de nouveaux marchés pour la fibre à deux composants de l'Empa aux côtés de la fibre de verre établie.
Les câbles à fibres optiques sont idéaux pour la transmission de données sur de longues distances. La technologie a fait ses preuves et est utilisée à grande échelle. Mais les fibres de verre ne peuvent être pliées que dans une mesure limitée et sont très sensibles aux contraintes de traction. Fibres plastiques, d'autre part, sont généralement utilisés pour des distances de transmission plus courtes :pour les bâtiments individuels, locaux de l'entreprise ou dans des véhicules. L'âme de ces fibres est souvent en PMMA - également appelé plexiglas - ou en polycarbonate polymère. Bien que ces matériaux transparents soient plus flexibles que le verre, ils sont presque aussi sensibles aux efforts de traction. "Dès qu'une microfissure se forme dans le coeur de la fibre, la lumière est dispersée par elle et perdue, " explique Hufenus. " La transmission des données se détériore donc initialement, et plus tard, l'âme de la fibre peut même se déchirer complètement à ce point affaibli."
C'est ici que l'expertise de l'Empa entre en jeu :depuis sept ans, le laboratoire Advanced Fibers de Saint-Gall abrite une machine capable de produire des fibres d'un kilomètre de long remplies d'un liquide. Fort de cette expertise, L'Empa est un leader mondial. "Les fibres bi-composants à âme solide existent depuis plus de 50 ans, " dit Hufenus. " Mais la fabrication d'un noyau liquide continu est considérablement plus complexe. Tout doit être parfait."
Le chercheur de l'Empa s'est demandé :ce noyau liquide ne pourrait-il pas également être utilisé pour la transmission de la lumière ? C'est le physicien genevois Jean-Daniel Colladon qui a conduit pour la première fois la lumière à l'intérieur d'un jet d'eau en 1842 et a ainsi découvert l'un des fondements physiques de la technologie de la fibre optique d'aujourd'hui.
L'équipe de Rudolf Hufenus est un leader mondial dans la production de fibres remplies de liquide. Crédit :Empa
Pour la conduction lumineuse dans les fibres creuses à âme liquide, cependant, tout doit être nouvellement ajusté. La différence des indices de réfraction entre le liquide et le matériau de gaine transparent est cruciale :L'indice de réfraction du liquide doit être nettement supérieur à celui du matériau de gaine. Ce n'est qu'alors que la lumière sera réfléchie à l'interface et restera piégée dans le noyau liquide.
À la fois, tous les ingrédients doivent être thermiquement stables. « Les deux composants de la fibre doivent traverser notre filière ensemble sous haute pression et à 200 à 300 degrés Celsius, " explique le chercheur de l'Empa. " Nous avons donc besoin d'un liquide avec un indice de réfraction approprié pour la fonctionnalité et avec la pression de vapeur la plus faible possible pour produire la fibre. " L'équipe a opté pour un noyau liquide en glycérol et une gaine en polymère fluoré.
Grand allongement réversible
L'expérience a été un succès :la fibre produite par l'équipe de l'Empa peut supporter jusqu'à dix pour cent d'allongement, puis revient à sa longueur d'origine. Aucune autre fibre optique à noyau solide n'est capable de le faire.
Mais la fibre n'est pas seulement extrêmement extensible, il peut également mesurer jusqu'où il a été étiré. Hufenus et son équipe ont ajouté une petite quantité d'un colorant fluorescent au glycérol et ont examiné les propriétés optiques de cette fibre luminescente pendant le processus d'étirement. Le résultat :Lorsque la fibre est étirée, le chemin de la lumière est allongé, mais le nombre de molécules de colorant dans la fibre reste constant. Cela conduit à un petit changement dans la couleur de la lumière émise, qui peut être mesuré à l'aide d'une électronique appropriée. Ainsi, la fibre remplie de liquide peut indiquer un changement de longueur ou une charge de traction qui se produit.
« Nous nous attendons à ce que nos fibres remplies de liquide puissent être utilisées non seulement pour la transmission et la détection de signaux, mais aussi pour la transmission de force dans les micromoteurs et la microhydraulique, " dit Hufenus. La composition exacte de la gaine en fibre et du remplissage peut ensuite être adaptée pour répondre aux exigences de l'application spécifique.
