研究の背景と最近の成果
ソリッドコアのシリカガラスファイバーは、特に通信および産業分野において、効率的かつ柔軟な光伝送の分野で長い間君臨してきました。レーザー.
しかし、高出力レーザー伝送を必要とする産業用途では、従来の光ファイバーは多くの課題に直面しています。
カー効果、励起ラマン散乱、石英ガラスの損傷閾値制限などの非線形プロセスにより、従来のファイバーでは高出力レーザーを送信できないことが多く、実現可能な出力密度が大幅に制限されます。
中空コアファイバー (HCF) の出現は、この問題を解決するための新しいアイデアを提供します。 HCF では、導波光の 99.99% 以上が空気 (または真空) で満たされた中央のコアに集中し、固体シリコン コアや従来の光ファイバーの制限の多くを回避します。
2022 年に遡ると、英国サウサンプトンのチームは、1kW の連続波近赤外光を 1 km の長さにわたって伝送する新しい HCF 設計の利点を実証することに成功し、この技術の巨大な可能性を十分に実証しました。
最新の研究では、チームは、キロワットのピーク出力で 520 nm のレーザーパルスを 300- メートルの HCF に送信することに成功し、HCF の応用範囲をさらに拡大しました。
この画期的な進歩は、HCF の機能を緑色の波長まで拡張するだけでなく、多くの産業用途にとっても重要です。
しかし、可視波長での HCF の開発は、構造上の特徴が小さいため、製造上の課題に直面します。 これらの課題を克服するために、研究チームは実際に膨張した長距離中空コアファイバーの包括的な非線形研究を実施しました。
彼らは、HCF の非線形効果が赤外領域と比較して可視領域でより顕著であることを発見しました。これは、コア サイズの縮小と動作波長の短さの両方に起因すると考えられます。
グリーンレーザーパワー伝送用の中空コアファイバー
この研究で使用される HCF は、反共鳴導光の原理を採用しています。 導波された光は、ファイバーのコアを囲む一連の薄いガラスフィルムによって閉じ込められます。 この設計は、7 つのクラッド キャピラリで構成される単一のリングによって実現され、7 つのクラッド層により損失、曲げ損失、形態のバランスが取れています。
このファイバは、Heraeus F300 石英ガラスを使用したスタック アンド ストレッチ法を使用して製造されており、コア直径は約 20.7 μm、モードフィールド直径は 14.5 μm で、515 nm から 618 nm までの光を導くことができます。損失は 30 dB/km 未満です。
報告されているファイバーの長さは 300 メートルですが、サウサンプトンの研究チームはこのプロセスを使用して数キロメートルのファイバーを製造することに成功しました。
また、ファイバは曲げ損失の影響も比較的受けにくく、520 nm の動作波長で直径 13 cm を超える曲げに対して 0.1 dB/m 未満です。
この画期的な進歩は、特に緑色レーザーの応用において、高精度かつ高効率の材料加工に対する重要な技術的サポートを提供します。
将来的には、この技術は電気自動車製造などの産業、特にバッテリー生産などの重要な側面で重要な役割を果たすことが期待されています。
