La trasmissione laser nelle fibre con nucleo solido- fatica a mantenere contemporaneamente la qualità del raggio elevato e l'elevata potenza, limitando gravemente le sue applicazioni industriali. Recentemente, un gruppo di ricerca del Nanhu Light Laboratory presso l'Università nazionale di tecnologia della difesa, in collaborazione con istituzioni competenti, ha ottenuto la prima-trasmissione interamente in fibra-efficiente e stabile di un laser ad alta-potenza da 2 kW su una distanza ultra-lunga di 2,45 chilometri utilizzando una fibra a nucleo cavo-. Questa svolta segna la transizione della trasmissione di energia ad alta-potenza e a lunga{{11}distanza tramite fibra a nucleo cavo-dall'esplorazione teorica all'applicazione pratica di ingegneria.
Negli ultimi anni, la richiesta di trasmissione flessibile e a lunga-distanza di laser ad alta-potenza è cresciuta in modo significativo. Tuttavia, le fibre tradizionali a nucleo solido- possono trasmettere solo 5 kW di potenza su 20 metri e la distanza di trasmissione precipita a soli 3 metri a 8 kW-molto al di sotto dei requisiti industriali. Rispetto alle fibre con nucleo solido, le fibre con nucleo cavo offrono vantaggi quali bassa latenza, bassa perdita e bassi coefficienti non lineari. Tuttavia, i sistemi esistenti di trasmissione laser ad alta potenza-che utilizzano fibre a nucleo cavo-si basano principalmente su componenti ottici come le lenti, rendendoli suscettibili alle influenze ambientali e con conseguente scarsa stabilità. Pertanto, lo sviluppo di una tecnologia completamente accoppiata a fibra-è il percorso chiave per costruire sistemi laser a fibra a nucleo cavo stabili, compatti e pratici.
Il dottor Shi Jing, il primo autore dell'articolo, ha spiegato che per ottenere un sistema "tutta-fibra" veramente stabile ed efficiente, il team ha progettato una fibra con nucleo cavo-a cinque-doppio-nidificato anti{4}}risonante con modalità-campo corrispondente alla fibra con nucleo-solido. Attraverso l'ottimizzazione della simulazione, hanno determinato i parametri strutturali ottimali e hanno estratto con successo la fibra a nucleo cavo a-basse-perdite-. Il team ha superato le sfide legate alla giunzione a fusione a bassa-perdita tra fibre di quarzo e fibre a nucleo cavo-, alla corrispondenza dei campi di modalità e alla tecnologia di copertura delle estremità-delle fibre ad alta-potenza. Hanno realizzato la prima trasmissione laser ad alta-potenza su lunga-distanza al mondo attraverso una struttura a nucleo cavo-interamente in fibra, mantenendo una qualità del raggio limitata vicino alla-diffrazione-. Sia la potenza trasmessa che la distanza rappresentano i livelli più alti a livello internazionale.
"Sebbene la distanza di trasmissione di 2,45 chilometri sia limitata dalle lunghezze delle fibre attualmente disponibili, la tecnologia sviluppata apre la strada a una futura trasmissione laser efficiente su distanze ancora maggiori", ha affermato Shi Jing.
L'autore corrispondente Chen Zilun ha osservato che, rispetto alle tradizionali fibre con nucleo solido-, la fibra con nucleo cavo-a perdite ultrabasse-estende la distanza di trasmissione flessibile effettiva di due ordini di grandezza. Questa innovazione fornisce supporto tecnico per applicazioni ingegneristiche di trasmissione laser flessibile a lunga-distanza in ambienti industriali, con un ampio potenziale in più campi. Ad esempio, nella lavorazione industriale, la trasmissione laser flessibile remota può aumentare la distanza tra gli operatori e le zone di lavoro pericolose, migliorando significativamente la sicurezza operativa. Nella ricerca scientifica, le fibre a nucleo cavo- possono catturare e accelerare le particelle tramite la pressione delle radiazioni, consentendo lo sviluppo di nuovi "sensori di particelle volanti" che operano su scala-chilometrica.
"Sebbene i costi delle fibre a nucleo cavo attualmente superino quelli delle fibre convenzionali, ciò deriva principalmente dalla sua nascente fase di industrializzazione, caratterizzata da processi di produzione complessi e margini di miglioramento della resa. Man mano che la tecnologia matura, la produzione aumenta e le catene industriali a monte-a valle si sviluppano in modo sinergico, si prevede che i costi delle fibre a nucleo cavo entreranno in una traiettoria sostenuta verso il basso, aprendo la strada all'implementazione su larga-scala in specifiche applicazioni ad alto{5}}valore." Chen Zilun ha affermato che il gruppo di ricerca ottimizzerà ulteriormente le strutture delle fibre, migliorerà l’efficienza di accoppiamento, aumenterà la potenza e la distanza di trasmissione ed esplorerà scenari applicativi più ampi.
