연구 배경 및 최근 리드
솔리드 코어 실리카 유리 섬유는 특히 통신 및 산업 분야에서 효율적이고 유연한 광 전송 분야를 오랫동안 지배해 왔습니다.레이저.
그러나 고출력 레이저 전송이 필요한 산업 응용 분야의 경우 기존 광섬유는 많은 어려움에 직면해 있습니다.
Kerr 효과, 여기된 라만 산란 및 실리카 유리의 손상 임계값 제한과 같은 비선형 프로세스로 인해 기존 광섬유는 고출력 레이저를 전송할 수 없는 경우가 많으며 이로 인해 전달 가능한 전력 밀도가 크게 제한됩니다.
중공섬유(HCF)의 출현은 이 문제를 해결하기 위한 새로운 아이디어를 제공합니다. HCF에서는 유도된 빛의 99.99% 이상이 중앙 공기(또는 진공)로 채워진 코어에 집중되어 고체 실리콘 코어 또는 기존 광섬유의 많은 한계를 우회합니다.
2022년 영국 사우샘프턴의 한 팀은 1km 길이를 통해 1kW의 연속파 근적외선을 전송하는 새로운 HCF 설계의 이점을 성공적으로 시연하여 이 기술의 엄청난 잠재력을 완전히 보여주었습니다.
최근 연구에서 팀은 300-미터 HCF를 통해 킬로와트의 피크 전력으로 520 nm 레이저 펄스를 성공적으로 전송함으로써 HCF의 적용 범위를 더욱 확장했습니다.
이러한 혁신은 HCF의 기능을 녹색 파장으로 확장할 뿐만 아니라 많은 산업 응용 분야에서도 중요합니다.
그러나 가시광선 파장에서 HCF를 개발하는 것은 작은 구조적 특징으로 인해 제조 문제에 직면합니다. 이러한 과제를 극복하기 위해 연구팀은 실제 팽창된 장거리 중공 코어 섬유에 대한 포괄적인 비선형 연구를 수행했습니다.
그들은 HCF의 비선형 효과가 적외선 영역에 비해 가시 영역에서 더 두드러진다는 것을 발견했는데, 이는 감소된 코어 크기와 더 짧은 작동 파장에 기인합니다.
녹색 레이저 전력 전송을 위한 중공 코어 섬유
이 연구에 사용된 HCF는 반공진 유도광의 원리를 사용합니다. 유도된 빛은 광섬유 코어를 둘러싸는 일련의 얇은 유리 필름에 의해 제한됩니다. 이 디자인은 7개의 클래딩 모세관으로 구성된 단일 링을 통해 구현되며, 7개의 클래딩 층은 손실, 굽힘 손실 및 형태 사이의 균형을 잘 유지합니다.
이 섬유는 코어 직경이 약 20.7μm이고 모드 필드 직경이 14.5μm인 Heraeus F300 용융 실리카 유리를 사용한 스택 앤 스트레치 방법을 사용하여 제작되었으며, 515nm에서 618nm까지 빛을 유도할 수 있습니다. 30dB/km 미만의 손실.
보고된 섬유 길이는 300m이지만 사우샘프턴 연구팀은 이 공정을 사용해 수 킬로미터의 섬유를 생산할 수 있었다.
또한 섬유는 굽힘 손실에 상대적으로 둔감하며 이는 520nm 작동 파장에서 직경이 13cm보다 큰 굽힘에 대해 0.1dB/m 미만입니다.
이 획기적인 기술은 특히 녹색 레이저 응용 분야에서 고정밀 및 고효율 재료 가공에 대한 핵심 기술 지원을 제공합니다.
앞으로 이 기술은 전기차 제조 등 산업, 특히 배터리 생산 등 핵심 분야에서 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.
