Tutkimuksen tausta ja viimeaikaiset johtopäätökset
Kiinteät piidioksidilasikuidut ovat pitkään dominoineet tehokkaan ja joustavan optisen tiedonsiirron alaa, erityisesti televiestinnässä ja teollisuudessalaserit.
Kuitenkin teollisissa sovelluksissa, jotka vaativat suuritehoista laserlähetystä, perinteiset optiset kuidut kohtaavat monia haasteita.
Epälineaarisista prosesseista, kuten Kerr-ilmiöstä, kiihtyneestä Raman-sironnasta ja silikalasin vauriokynnysrajoituksista johtuen tavanomaiset kuidut eivät useinkaan pysty lähettämään suuritehoisia lasereita, mikä rajoittaa suuresti toimitettavan tehon tiheyttä.
Ontto ydinkuitujen (HCF) ilmaantuminen tarjoaa uusia ideoita tämän ongelman ratkaisemiseksi. HCF:issä yli 99,99 % ohjatusta valosta on keskittynyt keskusilmalla (tai tyhjiöllä) täytettyyn ytimeen, mikä ohittaa monet kiinteiden piiytimien tai tavanomaisten optisten kuitujen rajoituksista.
Vuonna 2022 työryhmä Southamptonissa, Isossa-Britanniassa, osoitti onnistuneesti uuden HCF-suunnittelun edut, joka lähettää 1 kW jatkuvan aallon lähi-infrapunavaloa 1 km:n pituudelta, mikä osoitti täysin tämän tekniikan valtavat mahdollisuudet.
Uusimmassa tutkimuksessa ryhmä laajensi edelleen HCF:iden käyttöaluetta lähettämällä onnistuneesti 520 nm:n laserpulsseja kilowatin huipputeholla 300-metrin HCF:n läpi.
Tämä läpimurto ei ainoastaan laajentaa HCF:iden kykyä vihreille aallonpituuksille, vaan se on myös merkittävä monille teollisille sovelluksille.
Kuitenkin HCF:ien kehittäminen näkyvillä aallonpituuksilla kohtaa valmistushaasteita niiden pienten rakenteellisten ominaisuuksien vuoksi. Voittaakseen nämä haasteet tutkimusryhmä suoritti kattavan epälineaarisen tutkimuksen todellisesta paisuneesta pitkän matkan ontosta ydinkuidusta.
He havaitsivat, että HCF:ien epälineaariset vaikutukset näkyvät näkyvämmin näkyvällä alueella verrattuna infrapuna-alueeseen, mikä johtuu sekä pienentyneestä ytimen koosta että lyhyemmästä toiminta-aallonpituudesta.
Onttoydinkuidut vihreään laservoimansiirtoon
Tässä työssä käytetty HCF käyttää antiresonanssiohjatun valon periaatetta. Ohjattua valoa rajoittaa sarja ohuita lasikalvoja, jotka ympäröivät kuidun ydintä. Tämä rakenne on toteutettu yhdestä renkaasta, joka koostuu seitsemästä verhouskapillaarista, ja seitsemän suojakerrosta saavuttavat hyvän tasapainon häviön, taivutushäviön ja morfologian välillä.
Kuitu valmistettiin pino- ja venytysmenetelmällä Heraeus F300 -sulatetusta piidioksidilasista, jonka ytimen halkaisija on noin 20,7 µm ja tilakentän halkaisija 14,5 µm, ja se pystyy ohjaamaan valoa 515 nm:stä 618 nm:iin. häviöt alle 30 dB/km.
Vaikka kuidun ilmoitettu pituus on 300 metriä, Southamptonin tutkimusryhmä on kyennyt tuottamaan useita kilometrejä kuitua prosessilla.
Kuitu on myös suhteellisen epäherkkä taivutushäviölle, joka on alle 0,1 dB/m halkaisijaltaan yli 13 cm:n taivutuksilla 520 nm:n toiminta-aallonpituudella.
Tämä läpimurto tarjoaa keskeisen teknologisen tuen erittäin tarkalle ja tehokkaalle materiaalinkäsittelylle, erityisesti vihreiden lasereiden sovelluksissa.
Tulevaisuudessa tällä tekniikalla odotetaan olevan tärkeä rooli sähköajoneuvojen valmistuksen kaltaisilla toimialoilla, erityisesti avainalueilla, kuten akkutuotannossa.
