خلفية البحث والعروض الأخيرة
سيطرت ألياف زجاج السيليكا ذات النواة الصلبة لفترة طويلة على مجال النقل البصري الفعال والمرن، خاصة في مجال الاتصالات والصناعةالليزر.
ومع ذلك، بالنسبة للتطبيقات الصناعية التي تتطلب إرسال ليزر عالي الطاقة، تواجه الألياف الضوئية التقليدية العديد من التحديات.
نظرًا للعمليات غير الخطية مثل تأثير كير، وتشتت رامان المتحمس، وقيود عتبة الضرر لزجاج السيليكا، غالبًا ما تكون الألياف التقليدية غير قادرة على نقل أشعة ليزر عالية الطاقة، مما يحد بشكل كبير من كثافة الطاقة القابلة للتسليم.
يوفر ظهور الألياف المجوفة (HCFs) أفكارًا جديدة لحل هذه المشكلة. في HCFs، يتم تركيز أكثر من 99.99% من الضوء الموجه في قلب مركزي مملوء بالهواء (أو الفراغ)، متجاوزًا العديد من القيود المفروضة على قلوب السيليكون الصلبة أو الألياف الضوئية التقليدية.
وبالعودة إلى عام 2022، نجح فريق في ساوثامبتون، المملكة المتحدة، في إثبات فوائد تصميم HCF الجديد، حيث ينقل 1 كيلو واط من موجة مستمرة من الضوء القريب من الأشعة تحت الحمراء عبر طول كيلومتر واحد، مما يدل بشكل كامل على الإمكانات الهائلة لهذه التكنولوجيا.
في الدراسة الأخيرة، قام الفريق بتوسيع نطاق تطبيق مركبات HCF من خلال إرسال نبضات ليزر بطول 520 نانومتر بنجاح بقدرة قصوى تبلغ كيلووات من خلال HCF 300- متر.
لا يؤدي هذا الاختراق إلى توسيع قدرة مركبات الكربون الهيدروكلورية فلورية على الأطوال الموجية الخضراء فحسب، بل إنه مهم أيضًا للعديد من التطبيقات الصناعية.
ومع ذلك، فإن تطوير مركبات الكربون الهيدروكلورية فلورية بأطوال موجية مرئية يواجه تحديات التصنيع بسبب ميزاتها الهيكلية الصغيرة. للتغلب على هذه التحديات، أجرى فريق البحث دراسة غير خطية شاملة لألياف مجوفة منتفخة وطويلة المدى.
ووجدوا أن التأثيرات غير الخطية لمركبات HCF تكون أكثر وضوحًا في المنطقة المرئية مقارنةً بمنطقة الأشعة تحت الحمراء، وهو ما يُعزى إلى انخفاض حجم النواة وطول موجة التشغيل الأقصر.
ألياف مجوفة لنقل الطاقة بالليزر الأخضر
يستخدم HCF المستخدم في هذا العمل مبدأ الضوء الموجه المضاد للرنين. يقتصر الضوء الموجه على سلسلة من الأغشية الزجاجية الرقيقة المحيطة بقلب الألياف. يتم تحقيق هذا التصميم من خلال حلقة واحدة تتكون من سبعة شعيرات تغليفية، وتحقق طبقات الكسوة السبعة توازنًا جيدًا بين الخسارة وفقدان الانحناء والتشكل.
تم تصنيع الألياف باستخدام طريقة التكديس والتمدد مع زجاج السيليكا المنصهر Heraeus F300، بقطر أساسي يبلغ حوالي 20.7 ميكرومتر وقطر مجال الوضع 14.5 ميكرومتر، وهو قادر على توجيه الضوء من 515 نانومتر إلى 618 نانومتر مع خسائر أقل من 30 ديسيبل / كم.
على الرغم من أن طول الألياف المعلن عنه هو 300 متر، إلا أن فريق البحث في ساوثهامبتون تمكن من إنتاج عدة كيلومترات من الألياف باستخدام هذه العملية.
تعتبر الألياف أيضًا غير حساسة نسبيًا لخسارة الانحناء، والتي تكون أقل من 0.1 ديسيبل/م للانحناءات التي يزيد قطرها عن 13 سم عند طول موجة التشغيل 520 نانومتر.
يوفر هذا الإنجاز دعمًا تكنولوجيًا رئيسيًا لمعالجة المواد عالية الدقة والكفاءة، خاصة في تطبيق الليزر الأخضر.
وفي المستقبل، من المتوقع أن تلعب هذه التكنولوجيا دورًا مهمًا في صناعات مثل تصنيع السيارات الكهربائية، وخاصة في الجوانب الرئيسية مثل إنتاج البطاريات.
