Предыстория исследования и недавние выводы
Волокна из кварцевого стекла с твердой сердцевиной уже давно доминируют в области эффективной и гибкой оптической передачи, особенно в телекоммуникациях и промышленности.лазеры.
Однако в промышленных приложениях, требующих передачи мощного лазера, традиционные оптические волокна сталкиваются со многими проблемами.
Из-за нелинейных процессов, таких как эффект Керра, возбужденное комбинационное рассеяние и ограничения порога повреждения кварцевого стекла, обычные волокна часто не способны передавать мощные лазеры, что значительно ограничивает выдаваемую плотность мощности.
Появление полых волокон (ВВС) дает новые идеи для решения этой проблемы. В HCF более 99,99% направленного света концентрируется в сердцевине, заполненной центральным воздухом (или вакуумом), что позволяет обойти многие ограничения твердых кремниевых сердцевин или обычных оптических волокон.
Еще в 2022 году команда из Саутгемптона, Великобритания, успешно продемонстрировала преимущества новой конструкции HCF, передавая 1 кВт непрерывного инфракрасного света на расстояние 1 км, полностью продемонстрировав огромный потенциал этой технологии.
В последнем исследовании команда еще больше расширила диапазон применения HCF, успешно передав лазерные импульсы с длиной волны 520 нм и пиковой мощностью в киловатт через 300-метр HCF.
Этот прорыв не только расширяет возможности HCF до зеленых длин волн, но также имеет важное значение для многих промышленных применений.
Однако разработка HCF в видимом диапазоне волн сталкивается с проблемами изготовления из-за их крошечных структурных особенностей. Чтобы преодолеть эти проблемы, исследовательская группа провела комплексное нелинейное исследование настоящего надутого полого волокна для дальней связи.
Они обнаружили, что нелинейные эффекты HCF более выражены в видимой области по сравнению с инфракрасной областью, что объясняется как уменьшенным размером ядра, так и более короткой рабочей длиной волны.
Волокна с полой сердцевиной для передачи энергии зеленого лазера
В HCF, использованном в данной работе, используется принцип антирезонансного направленного света. Направленный свет ограничивается рядом тонких стеклянных пленок, окружающих сердцевину волокна. Эта конструкция реализована с помощью одного кольца, состоящего из семи оболочек капилляров, причем семь слоев оболочки обеспечивают хороший баланс между потерями, потерями на изгиб и морфологией.
Волокно было изготовлено методом штабелирования и растяжения из плавленого кварцевого стекла Heraeus F300 с диаметром сердцевины около 20,7 мкм и диаметром модового поля 14,5 мкм и способно проводить свет с длиной волны от 515 до 618 нм с длиной волны от 515 до 618 нм. потери ниже 30 дБ/км.
Хотя заявленная длина волокна составляет 300 метров, исследовательская группа из Саутгемптона смогла произвести с помощью этого процесса несколько километров волокна.
Волокно также относительно нечувствительно к потерям на изгибах, которые составляют менее 0,1 дБ/м для изгибов диаметром более 13 см при рабочей длине волны 520 нм.
Этот прорыв обеспечивает ключевую технологическую поддержку для высокоточной и высокоэффективной обработки материалов, особенно с применением зеленых лазеров.
Ожидается, что в будущем эта технология сыграет важную роль в таких отраслях, как производство электромобилей, особенно в таких ключевых аспектах, как производство аккумуляторов.
