Історія дослідження та останні потенційні клієнти
Волокна з міцного силікатного скла вже давно домінують у галузі ефективної та гнучкої оптичної передачі, особливо в телекомунікаційному та промисловомулазери.
Однак для промислових застосувань, які вимагають високопотужної лазерної передачі, звичайні оптичні волокна стикаються з багатьма проблемами.
Через нелінійні процеси, такі як ефект Керра, збуджене комбінаційне розсіювання та обмеження порогу пошкодження кварцевого скла, звичайні волокна часто не здатні пропускати потужні лазери, що значно обмежує щільність потужності, що постачається.
Поява порожнистих волокон (HCF) дає нові ідеї для вирішення цієї проблеми. У HCF більше 99,99% спрямованого світла зосереджено в центральній серцевині, заповненій повітрям (або вакуумом), що дозволяє уникнути багатьох обмежень твердих кремнієвих сердечників або звичайних оптичних волокон.
Ще в 2022 році команда в Саутгемптоні, Великобританія, успішно продемонструвала переваги нової конструкції HCF, передаючи 1 кВт безперервного ближнього інфрачервоного світла на довжину 1 км, повністю демонструючи величезний потенціал цієї технології.
В останньому дослідженні команда ще більше розширила діапазон застосування HCF, успішно передаючи 520 нм лазерні імпульси з піковою потужністю кіловат через 300-метровий HCF.
Цей прорив не тільки розширює можливості HCFs до зелених довжин хвиль, але також є важливим для багатьох промислових застосувань.
Однак розробка HCF у видимій частині хвилі стикається з проблемами виготовлення через їх крихітні структурні особливості. Щоб подолати ці проблеми, дослідницька група провела комплексне нелінійне дослідження фактичного роздутого довгомагістрального порожнистого волокна.
Вони виявили, що нелінійні ефекти HCF більш виражені у видимій області порівняно з інфрачервоною, що пояснюється як зменшеним розміром ядра, так і меншою робочою довжиною хвилі.
Пустоволокна для передачі енергії зеленого лазера
HCF, який використовується в цій роботі, використовує принцип антирезонансного спрямованого світла. Спрямоване світло обмежується серією тонких скляних плівок, що оточують серцевину волокна. Ця конструкція реалізована через єдине кільце, що складається з семи капілярів оболонки, сім шарів оболонки досягають хорошого балансу між втратою, втратою при вигині та морфологією.
Волокно було виготовлено за допомогою методу «уклади та розтягни» з плавленого кремнеземного скла Heraeus F300 з діаметром серцевини близько 20,7 мкм і діаметром поля моди 14,5 мкм, і здатне направляти світло від 515 нм до 618 нм з втрати нижче 30 дБ/км.
Хоча заявлена довжина волокна становить 300 метрів, дослідницька група Саутгемптона змогла виготовити кілька кілометрів волокна за допомогою цього процесу.
Волокно також є відносно нечутливим до втрат на вигині, які становлять менше ніж 0,1 дБ/м для вигинів діаметром понад 13 см при робочій довжині хвилі 520 нм.
Цей прорив забезпечує ключову технологічну підтримку для високоточної та високоефективної обробки матеріалів, особливо при застосуванні зелених лазерів.
Очікується, що в майбутньому ця технологія відіграватиме важливу роль у таких галузях, як виробництво електромобілів, особливо в таких ключових аспектах, як виробництво акумуляторів.
