Pētījuma priekšvēsture un nesenie potenciālie pirkumi
Cietās kodola silīcija stikla šķiedras jau sen ir dominējušas efektīvas un elastīgas optiskās pārraides jomā, īpaši telekomunikāciju un rūpnieciskajā jomālāzeri.
Tomēr rūpnieciskiem lietojumiem, kuriem nepieciešama liela jaudas lāzera pārraide, parastās optiskās šķiedras saskaras ar daudzām problēmām.
Sakarā ar nelineāriem procesiem, piemēram, Kerra efektu, satrauktu Ramana izkliedi un silīcija dioksīda stikla bojājumu sliekšņa ierobežojumiem, parastās šķiedras bieži vien nespēj pārraidīt lieljaudas lāzerus, kas ievērojami ierobežo nododamās jaudas blīvumu.
Dobu kodolu šķiedru (HCF) parādīšanās sniedz jaunas idejas šīs problēmas risināšanai. HCF vairāk nekā 99,99% no vadītās gaismas ir koncentrēti centrālajā ar gaisu (vai vakuumu) piepildītajā kodolā, apejot daudzus cietā silīcija serdeņu vai parasto optisko šķiedru ierobežojumus.
2022. gadā komanda Sauthemptonā, Apvienotajā Karalistē, veiksmīgi demonstrēja jaunas HCF konstrukcijas priekšrocības, pārraidot 1 kW nepārtraukta viļņa tuvās infrasarkanās gaismas 1 km garumā, pilnībā demonstrējot šīs tehnoloģijas milzīgo potenciālu.
Jaunākajā pētījumā komanda vēl vairāk paplašināja HCF pielietojuma diapazonu, veiksmīgi pārraidot 520 nm lāzera impulsus ar kilovatu maksimālo jaudu caur 300-metru HCF.
Šis sasniegums ne tikai paplašina HCF iespējas zaļajos viļņu garumos, bet arī ir nozīmīgs daudziem rūpnieciskiem lietojumiem.
Tomēr HCF izstrāde redzamos viļņu garumos saskaras ar ražošanas problēmām to niecīgo strukturālo īpašību dēļ. Lai pārvarētu šīs problēmas, pētnieku grupa veica visaptverošu nelineāru pētījumu par faktisko piepūstu tālsatiksmes dobu šķiedru.
Viņi atklāja, ka HCF nelineārie efekti redzamajā reģionā ir izteiktāki, salīdzinot ar infrasarkano reģionu, kas ir saistīts gan ar samazinātu kodola izmēru, gan īsāku darbības viļņa garumu.
Dobu kodolu šķiedras zaļā lāzera jaudas pārraidei
Šajā darbā izmantotais HCF izmanto pretrezonanses vadītās gaismas principu. Vadāmo gaismu ierobežo vairākas plānas stikla plēves, kas ieskauj šķiedras kodolu. Šis dizains tiek realizēts, izmantojot vienu gredzenu, kas sastāv no septiņiem apšuvuma kapilāriem, septiņiem apšuvuma slāņiem panākot labu līdzsvaru starp zudumiem, lieces zudumiem un morfoloģiju.
Šķiedra tika izgatavota, izmantojot kaudzes un stiepšanas metodi ar Heraeus F300 kausētu silīcija dioksīda stiklu, kura serdes diametrs ir aptuveni 20,7 µm un režīma lauka diametrs ir 14,5 µm, un tā spēj vadīt gaismu no 515 nm līdz 618 nm. zudumi zem 30 dB/km.
Lai gan ziņotais šķiedras garums ir 300 metri, Sauthemptonas pētnieku komanda ir spējusi saražot vairākus kilometrus šķiedras, izmantojot šo procesu.
Šķiedra ir arī relatīvi nejutīga pret lieces zudumiem, kas ir mazāki par 0,1 dB/m līkumiem, kuru diametrs ir lielāks par 13 cm pie darbības viļņa garuma 520 nm.
Šis sasniegums nodrošina galveno tehnoloģisko atbalstu augstas precizitātes un augstas efektivitātes materiālu apstrādei, īpaši zaļo lāzeru pielietošanā.
Paredzams, ka nākotnē šai tehnoloģijai būs svarīga loma tādās nozarēs kā elektrisko transportlīdzekļu ražošana, īpaši tādos galvenajos aspektos kā akumulatoru ražošana.
