助(zhu)力斯(si)坦福(fu)大(da)學(xue)SLAC實(shi)驗(yan)新(xin)進展，用於(yu)快速提(ti)升高(gao)頻無(wu)源微波器(qi)件性(xing)能

作為(wei)美國的(de)重(zhong)要戰略布局(ju)科研(yan)機(ji)構(gou)，坐(zuo)落(luo)在(zai)斯(si)坦福(fu)大(da)學(xue)中的(de)SLAC國家(jia)加(jia)速器(qi)實驗(yan)室專門從(cong)事粒(li)子(zi)加(jia)速器(qi)的設計(ji)與(yu)建造(zao)以及(ji)高(gao)速粒(li)子(zi)的(de)研(yan)究(jiu)工(gong)作，並(bing)在(zai)這(zhe)壹(yi)專業領域(yu)取(qu)得了(le)巨(ju)大(da)成(cheng)就，其(qi)中包(bao)括(kuo)三項(xiang)榮(rong)獲諾貝爾獎的重(zhong)要發現。SLAC實驗室(shi)在(zai)化學(xue)、材料(liao)學、能(neng)源(yuan)科(ke)學、生物(wu)科學(xue)、聚變能源(yuan)科學(xue)、高(gao)能(neng)物理和宇宙(zhou)學等多個前沿科學(xue)領域(yu)均有所貢(gong)獻。

其中，正(zheng)交(jiao)模(mo)耦(ou)合器(qi)（Ortho-Mode Transducer）是天(tian)線(xian)系(xi)統(tong)中的(de)關(guan)鍵(jian)組(zu)件，用於(yu)分離和混合兩(liang)個相互正(zheng)交(jiao)的(de)極(ji)化波，能夠(gou)將(jiang)輸(shu)入信(xin)號分離(li)成(cheng)兩(liang)個正(zheng)交(jiao)極(ji)化方(fang)向的(de)信(xin)號，並(bing)將(jiang)它(ta)們分(fen)別(bie)傳(chuan)輸(shu)到相(xiang)應(ying)的接收器(qi)或發射(she)器(qi)中。這(zhe)項(xiang)技(ji)術(shu)是SLAC實(shi)驗(yan)室的重(zhong)點研究方(fang)向之壹(yi)，它(ta)在(zai)衛(wei)星(xing)通(tong)信(xin)、雷達、射電(dian)望遠鏡(jing)等領域(yu)發(fa)揮著至關(guan)重(zhong)要的作用，為(wei)提升(sheng)這(zhe)些系統(tong)的性(xing)能和(he)效(xiao)率提(ti)供(gong)了(le)重(zhong)要的支持。

1. 發現問(wen)題與(yu)應(ying)對(dui)挑戰(zhan)

SLAC國家(jia)加(jia)速器(qi)實驗(yan)室的(de)項(xiang)目(mu)經(jing)理Gregory Peter Le Sage開發(fa)了(le)壹(yi)種高(gao)頻OMT。實(shi)驗(yan)初期(qi)，該團隊(dui)嘗試(shi)使(shi)用(yong)立(li)體(ti)光刻(ke)（SLA）技(ji)術(shu)進行(xing)3D打印(yin)。然而(er)，由(you)於SLA打印(yin)的OMT樣(yang)件(jian)未能達到性(xing)能預(yu)期(qi)，這(zhe)促(cu)使(shi)Le Sage必(bi)須(xu)去(qu)尋找(zhao)更高(gao)精(jing)度和機(ji)械(xie)強度的精(jing)密(mi)制造(zao)解決方(fang)案(an)。

在(zai)打印(yin)OMT時，該團隊(dui)發現使(shi)用(yong)光學(xue)精(jing)度為(wei)50 μm的SLA打印(yin)設備(bei)會導致OMT出現(xian)了(le)嚴重(zhong)的性(xing)能缺陷。該OMT樣件在(zai)71 GHz處(chu)的(de)插入損(sun)耗(hao)達到11 dB，遠超(chao)過了(le)數(shu)控加(jia)工(gong)原型(xing)中觀(guan)察到(dao)的可接(jie)受(shou)損(sun)耗(hao)閾(yu)值1.5 dB。由(you)於SLA技(ji)術(shu)較低的分辨率(lv)，導致樣件(jian)的(de)公差較(jiao)大(da)，致使(shi)打印(yin)樣件(jian)尺寸不(bu)精(jing)確(que)，這(zhe)嚴重(zhong)影(ying)響(xiang)了(le)OMT的(de)高(gao)頻性(xing)能(neng)，進而(er)導致信(xin)號衰減和失(shi)真(zhen)。模擬(ni)結(jie)果(guo)表明(ming)，即使(shi)是10 μm的(de)輕(qing)微偏(pian)差(cha)，也可能(neng)大(da)幅降(jiang)低組(zu)件的有效(xiao)性。

2. 重(zhong)新設計(ji)和(he)工藝改(gai)進(jin)

經(jing)過相關(guan)實(shi)驗後，Le Sage意(yi)識到，為(wei)了(le)達到預(yu)期(qi)的(de)效(xiao)果(guo)，OMT樣(yang)件的精(jing)細(xi)度和機(ji)械(xie)強度必須(xu)要得到提升。因(yin)此(ci)，他(ta)對(dui)OMT模(mo)型(xing)進行(xing)了(le)專門針(zhen)對(dui)3D打印(yin)技(ji)術(shu)的重(zhong)新設計(ji)。重(zhong)新設計(ji)的(de)目(mu)的(de)是增(zeng)強(qiang)部件的結(jie)構(gou)完整性，這(zhe)對(dui)於(yu)OMT的(de)性能(neng)和(he)耐用(yong)性都是至關(guan)重(zhong)要的。最(zui)終(zhong)，他(ta)選(xuan)擇了(le)摩方(fang)精(jing)密(mi)面(mian)投(tou)影(ying)微立(li)體(ti)光刻(ke)（PµSL）3D打印(yin)技(ji)術(shu)，該技(ji)術(shu)以其高(gao)精(jing)度、高(gao)質(zhi)量、高(gao)公(gong)差控(kong)制能(neng)力等特點，可以(yi)制造(zao)出全(quan)新(xin)設計(ji)的(de)OMT模型(xing)。

3. 先(xian)進制造(zao)和性能(neng)評(ping)估

借助摩方(fang)精(jing)密(mi)的(de)microArch® S240（精(jing)度：10 μm）3D打印(yin)設備(bei)，該團隊(dui)完成了(le)全(quan)新的(de)OMT設計(ji)打印(yin)，其精(jing)度與高(gao)頻應(ying)用所需(xu)的(de)精(jing)度壹(yi)致，進壹(yi)步(bu)保(bao)障了(le)OMT的(de)高(gao)頻性(xing)能(neng)。3D打印(yin)完成後，OMT樣(yang)件進行(xing)了(le)電(dian)鍍處(chu)理，通過(guo)改(gai)進了(le)對(dui)內(nei)部(bu)表面的(de)接觸，進壹(yi)步(bu)確保(bao)了(le)電(dian)鍍效(xiao)果(guo)。

通過(guo)本次研(yan)究，3D打印(yin)技(ji)術(shu)對(dui)高(gao)頻組(zu)件性能(neng)有著至關(guan)重(zhong)要的影(ying)響(xiang)。與傳(chuan)統(tong)制造(zao)工藝相(xiang)比(bi)，摩方(fang)精(jing)密(mi)微納3D打印(yin)技(ji)術(shu)可以(yi)實(shi)現高(gao)精(jing)度復雜零件(jian)的(de)加(jia)工(gong)制造(zao)，保(bao)障了(le)OMT能(neng)夠滿(man)足微波通信(xin)系統(tong)對(dui)高(gao)性(xing)能的(de)嚴格要求(qiu)。這(zhe)壹(yi)技(ji)術(shu)在(zai)分(fen)辨率(lv)和(he)公差(cha)控(kong)制上(shang)的能力(li)對(dui)於(yu)推(tui)動(dong)研究(jiu)成(cheng)果(guo)的(de)應(ying)用具(ju)有重(zhong)要意(yi)義，並(bing)助力(li)微波通信(xin)系統(tong)的發(fa)展，為(wei)通信(xin)技(ji)術(shu)的未來進(jin)步(bu)開辟(pi)了(le)新(xin)的路(lu)徑。