پیشینه تحقیق و سرنخ های اخیر
الیاف شیشه سیلیکا با هسته جامد مدتهاست که بر حوزه انتقال نوری کارآمد و انعطافپذیر، به ویژه در مخابرات و صنعتی تسلط داشته است.لیزرها.
با این حال، برای کاربردهای صنعتی که نیاز به انتقال لیزر پرقدرت دارند، فیبرهای نوری معمولی با چالش های زیادی روبرو هستند.
به دلیل فرآیندهای غیرخطی مانند اثر کر، پراکندگی رامان برانگیخته و محدودیتهای آستانه آسیب شیشه سیلیکا، الیاف معمولی اغلب قادر به انتقال لیزرهای پرقدرت نیستند، که چگالی توان قابل تحویل را تا حد زیادی محدود میکند.
ظهور الیاف هسته توخالی (HCFs) ایده های جدیدی برای حل این مشکل ارائه می دهد. در HCF ها، بیش از 99.99 درصد از نور هدایت شده در یک هسته مرکزی پر از هوا (یا خلاء) متمرکز می شود و بسیاری از محدودیت های هسته های سیلیکونی جامد یا فیبرهای نوری معمولی را دور می زند.
در سال 2022، تیمی در ساوت همپتون، بریتانیا، با موفقیت مزایای طراحی جدید HCF را نشان دادند، با انتقال 1 کیلووات نور مادون قرمز نزدیک به موج پیوسته در طول 1 کیلومتر، که به طور کامل پتانسیل عظیم این فناوری را نشان داد.
در آخرین مطالعه، این تیم با انتقال موفقیت آمیز پالس های لیزری 520 نانومتری با حداکثر توان کیلووات از طریق HCF 300- متری، دامنه کاربرد HCF ها را بیشتر گسترش داد.
این پیشرفت نه تنها قابلیت HCF ها را به طول موج های سبز گسترش می دهد، بلکه برای بسیاری از کاربردهای صنعتی نیز قابل توجه است.
با این حال، توسعه HCF ها در طول موج های مرئی به دلیل ویژگی های ساختاری کوچک با چالش های ساخت مواجه است. برای غلبه بر این چالش ها، تیم تحقیقاتی یک مطالعه غیرخطی جامع از یک فیبر هسته توخالی دوربرد واقعی را انجام داد.
آنها دریافتند که اثرات غیرخطی HCF در ناحیه مرئی در مقایسه با ناحیه مادون قرمز بارزتر است، که هم به کاهش اندازه هسته و هم به طول موج عملکرد کوتاهتر نسبت داده میشود.
فیبرهای توخالی برای انتقال انرژی لیزر سبز
HCF مورد استفاده در این کار از اصل نور هدایت شونده ضد تشدید استفاده می کند. نور هدایت شده توسط یک سری لایه های شیشه ای نازک که هسته فیبر را احاطه کرده اند، محدود می شود. این طرح از طریق یک حلقه منفرد متشکل از هفت مویرگ روکشی محقق می شود، هفت لایه روکشی تعادل خوبی بین افت، افت خمشی و مورفولوژی ایجاد می کند.
این فیبر با استفاده از روش Stack-and-stretch با شیشه سیلیکا ذوب شده Heraeus F300 با قطر هسته حدود 20.7 میکرومتر و قطر میدان حالت 14.5 میکرومتر ساخته شد و قادر است نور را از 515 نانومتر به 618 نانومتر هدایت کند. تلفات زیر 30 دسی بل در کیلومتر
اگرچه طول گزارش شده این فیبر 300 متر است، اما تیم تحقیقاتی ساوتهمپتون با استفاده از این فرآیند توانسته است چندین کیلومتر فیبر تولید کند.
فیبر همچنین نسبتاً نسبتاً غیر حساس به افت خمشی است که کمتر از 0. dB/m 1 برای خمهای با قطر بیشتر از 13 سانتیمتر در طول موج عملیاتی 520 نانومتر است.
این پیشرفت، پشتیبانی فنی کلیدی را برای پردازش مواد با دقت و راندمان بالا، به ویژه در استفاده از لیزرهای سبز، فراهم می کند.
انتظار می رود در آینده این فناوری نقش مهمی در صنایعی مانند تولید خودروهای الکتریکی به ویژه در جنبه های کلیدی مانند تولید باتری ایفا کند.
