La transmission laser dans des fibres à noyau solide-a du mal à maintenir simultanément une qualité de faisceau élevée et une puissance élevée, ce qui limite considérablement ses applications industrielles. Récemment, une équipe de recherche du Nanhu Light Laboratory de l'Université nationale de technologie de la défense, en collaboration avec les institutions compétentes, a réalisé la toute première transmission entièrement par fibre-efficace et stable d'un laser haute-puissance de 2 kW sur une distance ultra-longue de 2,45 kilomètres en utilisant une fibre à noyau creux-. Cette avancée marque la transition de la transmission d'énergie à haute-puissance et longue distance-via une fibre à noyau creux-de l'exploration théorique à l'application d'ingénierie pratique.
Ces dernières années, la demande de transmission flexible-à longue distance de lasers de haute-puissance a considérablement augmenté. Cependant, les fibres à noyau solide traditionnelles-ne peuvent transmettre qu'une puissance de 5 kW sur 20 mètres, et la distance de transmission chute à seulement 3 mètres à 8 kW-, bien loin des exigences industrielles. Par rapport aux fibres à cœur -solide, les fibres à cœur creux-offrent des avantages tels qu'une faible latence, de faibles pertes et de faibles coefficients non linéaires. Cependant, les systèmes de transmission laser -haute puissance existants utilisant des fibres à noyau creux-s'appuient principalement sur des composants optiques tels que des lentilles, ce qui les rend sensibles aux influences environnementales et entraîne une mauvaise stabilité. Par conséquent, le développement d'une technologie entièrement couplée à des fibres-est la voie clé pour construire des systèmes laser à fibre à noyau creux-stables, compacts et pratiques.
Le Dr Shi Jing, le premier auteur de l'article, a expliqué que pour obtenir un système « tout-fibre » véritablement stable et efficace, l'équipe a conçu une fibre à cinq-tubes doubles-imbriqués anti-cœur creux-résonant avec un champ de mode-correspondant à une fibre à coeur-solide. Grâce à l'optimisation de la simulation, ils ont déterminé les paramètres structurels optimaux et ont réussi à extraire une fibre à âme creuse à très -faible-pertes-. L'équipe a surmonté les défis liés à l'épissage par fusion à faible-perte entre les fibres de quartz et les fibres à noyau creux-, à la correspondance de champ de mode et à la technologie de coiffage d'extrémité de fibre à haute-puissance-. Ils ont réalisé la première transmission laser longue-haute puissance-à longue distance au monde grâce à une structure à noyau creux entièrement en-fibres-, maintenant une qualité de faisceau proche de-diffraction-limitée. La puissance transmise et la distance représentent les niveaux les plus élevés au niveau international.
"Bien que la distance de transmission de 2,45 kilomètres soit limitée par les longueurs de fibre actuellement disponibles, la technologie développée ouvre la voie à une future transmission laser efficace sur des distances encore plus grandes", a déclaré Shi Jing.
L'auteur correspondant, Chen Zilun, a noté que par rapport aux fibres à cœur-solide traditionnelles, la fibre à cœur creux-à très faible-pertes-étend la distance de transmission flexible efficace de deux ordres de grandeur. Cette avancée fournit un support technique pour les applications d'ingénierie de transmission laser flexible à longue distance dans les environnements industriels, avec un large potentiel dans de multiples domaines. Par exemple, dans le traitement industriel, la transmission laser flexible à distance peut augmenter la distance entre les opérateurs et les zones de travail dangereuses, améliorant ainsi considérablement la sécurité opérationnelle. Dans la recherche scientifique, les fibres à noyau creux- peuvent capturer et accélérer les particules via la pression de rayonnement, permettant le développement de nouveaux « capteurs de particules volantes » fonctionnant à des dimensions kilométriques-.
« Bien que les coûts des fibres à âme creuse-dépassent actuellement ceux des fibres conventionnelles, cela découle principalement de leur phase d'industrialisation naissante, caractérisée par des processus de fabrication complexes et des possibilités d'amélioration du rendement. À mesure que la technologie mûrit, que la production augmente et que les chaînes industrielles en amont-aval se développent de manière synergique, les coûts des fibres à âme creuse-devraient entrer dans une trajectoire descendante soutenue, ouvrant la voie à un déploiement à grande échelle-dans des applications spécifiques-à forte valeur. Chen Zilun a déclaré que l'équipe de recherche optimiserait davantage les structures de fibres, améliorerait l'efficacité du couplage, augmenterait la puissance et la distance de transmission et explorerait des scénarios d'application plus larges.
