Context de cercetare și piste recente
Fibrele de sticlă de siliciu cu miez solid au dominat de mult timp domeniul transmisiei optice eficiente și flexibile, în special în telecomunicații și industrialasere.
Cu toate acestea, pentru aplicațiile industriale care necesită transmisie laser de mare putere, fibrele optice convenționale se confruntă cu multe provocări.
Datorită proceselor neliniare, cum ar fi efectul Kerr, împrăștierea Raman excitată și limitările pragului de deteriorare ale sticlei de silice, fibrele convenționale nu sunt adesea capabile să transmită lasere de mare putere, ceea ce limitează foarte mult densitatea de putere livrabilă.
Apariția fibrelor hollow-core (HCF) oferă noi idei pentru a rezolva această problemă. În HCF, mai mult de 99,99% din lumina ghidată este concentrată într-un miez central umplut cu aer (sau vid), ocolind multe dintre limitările miezurilor solide de siliciu sau fibrelor optice convenționale.
În 2022, o echipă din Southampton, Marea Britanie, a demonstrat cu succes beneficiile unui nou design HCF, care transmite 1 kW de lumină în infraroșu apropiat cu undă continuă pe o lungime de 1 km, demonstrând pe deplin potențialul enorm al acestei tehnologii.
În cel mai recent studiu, echipa a extins și mai mult domeniul de aplicare a HCF-urilor prin transmiterea cu succes a impulsurilor laser de 520 nm cu o putere de vârf de kilowați printr-un 300-metru HCF.
Această descoperire nu numai că extinde capacitatea HCF-urilor la lungimi de undă verzi, dar este și semnificativă pentru multe aplicații industriale.
Cu toate acestea, dezvoltarea HCF-urilor la lungimi de undă vizibile se confruntă cu provocări de fabricație din cauza caracteristicilor lor structurale minuscule. Pentru a depăși aceste provocări, echipa de cercetare a efectuat un studiu neliniar cuprinzător al unei fibre cu miez tubular umflat pe distanță lungă.
Ei au descoperit că efectele neliniare ale HCF-urilor sunt mai pronunțate în regiunea vizibilă în comparație cu regiunea infraroșu, care este atribuită atât dimensiunii reduse a miezului, cât și lungimii de undă mai scurte de operare.
Fibre tubulare pentru transmisia puterii laserului verde
HCF utilizat în această lucrare folosește principiul luminii ghidate anti-rezonanță. Lumina ghidată este limitată de o serie de filme subțiri de sticlă care înconjoară miezul fibrei. Acest design este realizat printr-un singur inel format din șapte capilare de placare, cele șapte straturi de placare realizând un echilibru bun între pierdere, pierdere la încovoiere și morfologie.
Fibra a fost fabricată folosind metoda stivuirii și întinderii cu sticlă de silice topită Heraeus F300, cu un diametru al miezului de aproximativ 20,7 µm și un diametru al câmpului de mod de 14,5 µm și este capabilă să ghideze lumina de la 515 nm la 618 nm cu pierderi sub 30 dB/km.
Deși lungimea raportată a fibrei este de 300 de metri, echipa de cercetare din Southampton a reușit să producă câțiva kilometri de fibră folosind acest proces.
Fibra este, de asemenea, relativ insensibilă la pierderea prin încovoiere, care este mai mică de 0,1 dB/m pentru îndoituri mai mari de 13 cm în diametru la lungimea de undă de operare de 520 nm.
Această descoperire oferă suport tehnologic cheie pentru prelucrarea materialelor de înaltă precizie și eficiență ridicată, în special în aplicarea laserelor verzi.
În viitor, se așteaptă că această tehnologie va juca un rol important în industrii precum producția de vehicule electrice, în special în aspecte cheie precum producția de baterii.
