Onderzoeksachtergrond en recente leads
Vaste silicaglasvezels domineren lange tijd het gebied van efficiënte en flexibele optische transmissie, vooral in de telecom- en industriële sectorLasers.
Voor industriële toepassingen die lasertransmissie met hoog vermogen vereisen, worden conventionele optische vezels echter met veel uitdagingen geconfronteerd.
Als gevolg van niet-lineaire processen zoals het Kerr-effect, geëxciteerde Raman-verstrooiing en schadedrempelbeperkingen van silicaglas, zijn conventionele vezels vaak niet in staat lasers met hoog vermogen over te brengen, wat de leverbare vermogensdichtheid aanzienlijk beperkt.
De opkomst van holle kernvezels (HCF's) levert nieuwe ideeën op om dit probleem op te lossen. Bij HCF's wordt meer dan 99,99% van het geleide licht geconcentreerd in een centrale, met lucht (of vacuüm) gevulde kern, waardoor veel van de beperkingen van massieve siliciumkernen of conventionele optische vezels worden omzeild.
In 2022 demonstreerde een team in Southampton, VK, met succes de voordelen van een nieuw HCF-ontwerp, waarbij 1 kW continugolf nabij-infraroodlicht over een lengte van 1 km werd uitgezonden, wat het enorme potentieel van deze technologie volledig aantoonde.
In het laatste onderzoek heeft het team het toepassingsbereik van HCF's verder uitgebreid door met succes laserpulsen van 520 nm met een piekvermogen van kilowatt via een HCF van 300-meter te verzenden.
Deze doorbraak breidt niet alleen de mogelijkheden van HCF's uit naar groene golflengten, maar is ook van belang voor veel industriële toepassingen.
Het ontwikkelen van HCF's op zichtbare golflengten wordt echter geconfronteerd met fabricageproblemen vanwege hun kleine structurele kenmerken. Om deze uitdagingen het hoofd te bieden, heeft het onderzoeksteam een uitgebreid niet-lineair onderzoek uitgevoerd naar een feitelijk opgeblazen holle kernvezel voor lange afstanden.
Ze ontdekten dat de niet-lineaire effecten van HCF's meer uitgesproken zijn in het zichtbare gebied dan in het infrarode gebied, wat wordt toegeschreven aan zowel de kleinere kerngrootte als de kortere bedrijfsgolflengte.
Holle kernvezels voor groene laserkrachtoverdracht
De HCF die in dit werk wordt gebruikt, maakt gebruik van het principe van anti-resonantie geleid licht. Het geleide licht wordt beperkt door een reeks dunne glasfilms die de kern van de vezel omringen. Dit ontwerp wordt gerealiseerd door een enkele ring bestaande uit zeven cladcapillairen, waarbij de zeven cladlagen een goed evenwicht bereiken tussen verlies, buigverlies en morfologie.
De vezel werd vervaardigd met behulp van de stack-and-stretch-methode met Heraeus F300 gesmolten silicaglas, met een kerndiameter van ongeveer 20,7 µm en een modusvelddiameter van 14,5 µm, en is in staat licht te geleiden van 515 nm tot 618 nm met verliezen onder 30 dB/km.
Hoewel de gerapporteerde lengte van de vezel 300 meter bedraagt, is het onderzoeksteam van Southampton erin geslaagd om met dit proces meerdere kilometers vezels te produceren.
De vezel is ook relatief ongevoelig voor buigverlies, dat minder is dan 0,1 dB/m voor bochten met een diameter groter dan 13 cm bij een bedrijfsgolflengte van 520 nm.
Deze doorbraak biedt belangrijke technologische ondersteuning voor uiterst nauwkeurige en efficiënte materiaalverwerking, vooral bij de toepassing van groene lasers.
Verwacht wordt dat deze technologie in de toekomst een belangrijke rol zal spelen in sectoren zoals de productie van elektrische voertuigen, vooral in belangrijke aspecten zoals de productie van batterijen.
