Tyrimų fonas ir naujausi potencialūs klientai
Kieto branduolio silicio stiklo pluoštas jau seniai dominavo efektyvaus ir lankstaus optinio perdavimo srityje, ypač telekomunikacijų ir pramonės srityse.lazeriai.
Tačiau pramoninėms reikmėms, kurioms reikalingas didelės galios lazerinis perdavimas, įprastiniai optiniai pluoštai susiduria su daugybe iššūkių.
Dėl netiesinių procesų, tokių kaip Kerr efektas, sužadinto Ramano sklaida ir silicio stiklo pažeidimo slenksčio apribojimai, įprastiniai pluoštai dažnai negali perduoti didelės galios lazerių, o tai labai riboja pateikiamos galios tankį.
Tuščiavidurių pluoštų (HCF) atsiradimas suteikia naujų idėjų, kaip išspręsti šią problemą. HCF daugiau nei 99,99% valdomos šviesos yra sutelkta centrinėje oro (arba vakuumo) užpildytoje šerdyje, apeinant daugelį kieto silicio šerdies arba įprastų optinių skaidulų apribojimų.
Dar 2022 m. komanda Sautamptone, JK, sėkmingai pademonstravo naujo HCF dizaino pranašumus, perduodantį 1 kW nepertraukiamos bangos artimųjų infraraudonųjų spindulių šviesą 1 km ilgio, visiškai pademonstruodama didžiulį šios technologijos potencialą.
Naujausiame tyrime komanda dar labiau išplėtė HCF taikymo sritį, sėkmingai perduodama 520 nm lazerio impulsus, kurių didžiausia galia kilovatai per 300-metrą HCF.
Šis proveržis ne tik išplečia HCF galimybes iki žaliųjų bangų ilgių, bet ir yra svarbus daugeliui pramoninių pritaikymų.
Tačiau kuriant HCF matomais bangos ilgiais, dėl mažų struktūrinių ypatybių susiduriama su gamybos iššūkiais. Siekdama įveikti šiuos iššūkius, tyrėjų komanda atliko išsamų netiesinį tikrojo pripūsto ilgo nuotolio tuščiavidurio pluošto tyrimą.
Jie nustatė, kad netiesinis HCF poveikis matomoje srityje yra ryškesnis, palyginti su infraraudonųjų spindulių sritimi, o tai priskiriama tiek sumažėjusiam šerdies dydžiui, tiek trumpesniam veikimo bangos ilgiui.
Tuščiaviduriai pluoštai žaliojo lazerio energijos perdavimui
Šiame darbe naudojamas HCF naudojamas antirezonansinės vadovaujamos šviesos principu. Valdoma šviesa yra apribota plonų stiklo plėvelių, supančių pluošto šerdį, serija. Ši konstrukcija įgyvendinama per vieną žiedą, sudarytą iš septynių apmušalų kapiliarų, kurių septyni apvalkalo sluoksniai užtikrina gerą nuostolių, lenkimo nuostolių ir morfologijos pusiausvyrą.
Pluoštas buvo pagamintas naudojant „Stack and Stretch“ metodą su Heraeus F300 lydytu silicio dioksido stiklu, kurio šerdies skersmuo yra apie 20,7 µm, o režimo lauko skersmuo – 14,5 µm, ir gali nukreipti šviesą nuo 515 nm iki 618 nm. nuostoliai mažesni nei 30 dB/km.
Nors pranešta, kad pluošto ilgis yra 300 metrų, Sautamptono tyrimų komandai pavyko pagaminti kelis kilometrus pluošto naudojant šį procesą.
Pluoštas taip pat yra santykinai nejautrus lenkimo nuostoliams, kurie yra mažesni nei 0,1 dB/m polinkiuose, kurių skersmuo didesnis nei 13 cm, esant 520 nm darbiniam bangos ilgiui.
Šis proveržis suteikia pagrindinę technologinę paramą didelio tikslumo ir didelio efektyvumo medžiagų apdorojimui, ypač taikant žaliuosius lazerius.
Tikimasi, kad ateityje ši technologija atliks svarbų vaidmenį tokiose pramonės šakose kaip elektromobilių gamyba, ypač svarbiuose aspektuose, pavyzdžiui, baterijų gamyboje.
