רקע מחקר והפניות אחרונות
סיבי זכוכית סיליקה בעלי ליבה מוצקה שולטים זה מכבר בתחום שידור אופטי יעיל וגמיש, במיוחד בתחום הטלקום והתעשייתילייזרים.
עם זאת, עבור יישומים תעשייתיים הדורשים שידור לייזר בעוצמה גבוהה, סיבים אופטיים קונבנציונליים מתמודדים עם אתגרים רבים.
עקב תהליכים לא ליניאריים כמו אפקט Kerr, פיזור רמאן נרגש ומגבלות סף נזק של זכוכית סיליקה, סיבים קונבנציונליים לרוב אינם מסוגלים לשדר לייזרים בעלי הספק גבוה, מה שמגביל במידה רבה את צפיפות ההספק שניתן לספק.
הופעת סיבי הליבה החלולה (HCFs) מספקת רעיונות חדשים לפתרון בעיה זו. ב-HCF, יותר מ-99.99% מהאור המונחה מרוכז בליבה מרכזית מלאה באוויר (או בוואקום), ועוקפת רבות מהמגבלות של ליבות סיליקון מוצקות או סיבים אופטיים קונבנציונליים.
עוד בשנת 2022, צוות בסאות'המפטון, בריטניה, הוכיח בהצלחה את היתרונות של עיצוב HCF חדשני, המשדר 1kW של אור קרוב-אינפרא אדום בגל מתמשך לאורך של 1 ק"מ, והמחיש במלואו את הפוטנציאל העצום של טכנולוגיה זו.
במחקר האחרון, הצוות הרחיב עוד יותר את טווח היישומים של HCFs על ידי שידור מוצלח של פולסי לייזר של 520 ננומטר עם הספק שיא של קילוואט דרך 300-מטר HCF.
פריצת דרך זו לא רק מרחיבה את היכולת של HCFs לאורכי גל ירוקים, אלא היא גם משמעותית עבור יישומים תעשייתיים רבים.
עם זאת, פיתוח HCFs באורכי גל גלויים מתמודד עם אתגרי ייצור בשל המאפיינים המבניים הזעירים שלהם. כדי להתגבר על האתגרים הללו, צוות המחקר ערך מחקר לא ליניארי מקיף של סיב חלול ליבה מנופח בפועל.
הם מצאו כי ההשפעות הלא ליניאריות של HCFs בולטות יותר באזור הנראה בהשוואה לאזור האינפרא אדום, אשר מיוחס הן לגודל הליבה המופחת והן לאורך הגל הקצר יותר.
סיבים חלולים להעברת כוח לייזר ירוק
ה-HCF המשמש בעבודה זו משתמש בעקרון של אור מונחה אנטי-תהודה. האור המודרך מוגבל על ידי סדרה של סרטי זכוכית דקים המקיפים את ליבת הסיב. עיצוב זה מתממש באמצעות טבעת אחת המורכבת משבע נימי חיפוי, שבע שכבות החיפוי משיגות איזון טוב בין אובדן, אובדן כיפוף ומורפולוגיה.
הסיב יוצר בשיטת ה-Stack-and-strech עם זכוכית סיליקה מותכת של Heraeus F300, עם קוטר ליבה של כ-20.7 מיקרומטר וקוטר שדה מצב של 14.5 מיקרומטר, והוא מסוגל להנחות אור מ-515 ננומטר ל-618 ננומטר עם הפסדים מתחת ל-30 dB/km.
למרות שאורך הסיב המדווח הוא 300 מטר, צוות המחקר של סאות'המפטון הצליח לייצר מספר קילומטרים של סיבים באמצעות התהליך.
הסיב גם לא רגיש יחסית לאובדן כיפוף, שהוא פחות מ-0.1 dB/m עבור כיפופים בקוטר של יותר מ-13 ס"מ באורך גל הפעולה של 520 ננומטר.
פריצת דרך זו מספקת תמיכה טכנולוגית מרכזית לעיבוד חומרים ברמת דיוק גבוהה וביעילות גבוהה, במיוחד ביישום לייזרים ירוקים.
בעתיד, טכנולוגיה זו צפויה למלא תפקיד חשוב בתעשיות כמו ייצור רכב חשמלי, במיוחד בהיבטים מרכזיים כמו ייצור סוללות.
