Antecedentes de la investigación y pistas recientes
Las fibras de vidrio de sílice de núcleo sólido han dominado durante mucho tiempo el campo de la transmisión óptica eficiente y flexible, especialmente en telecomunicaciones e industria.láseres.
Sin embargo, para aplicaciones industriales que requieren transmisión láser de alta potencia, las fibras ópticas convencionales enfrentan muchos desafíos.
Debido a procesos no lineales como el efecto Kerr, la dispersión Raman excitada y las limitaciones del umbral de daño del vidrio de sílice, las fibras convencionales a menudo no son capaces de transmitir láseres de alta potencia, lo que limita en gran medida la densidad de potencia entregable.
La aparición de fibras de núcleo hueco (HCF) proporciona nuevas ideas para resolver este problema. En los HCF, más del 99,99 % de la luz guiada se concentra en un núcleo central lleno de aire (o vacío), evitando muchas de las limitaciones de los núcleos de silicio sólido o las fibras ópticas convencionales.
En 2022, un equipo de Southampton (Reino Unido) demostró con éxito los beneficios de un novedoso diseño HCF, que transmite 1 kW de luz infrarroja cercana de onda continua a lo largo de 1 km de longitud, demostrando plenamente el enorme potencial de esta tecnología.
En el último estudio, el equipo amplió aún más el rango de aplicación de los HCF al transmitir con éxito pulsos láser de 520 nm con una potencia máxima de kilovatios a través de un HCF de 300-metro.
Este avance no sólo amplía la capacidad de los HCF a longitudes de onda verdes, sino que también es importante para muchas aplicaciones industriales.
Sin embargo, el desarrollo de HCF en longitudes de onda visibles enfrenta desafíos de fabricación debido a sus pequeñas características estructurales. Para superar estos desafíos, el equipo de investigación llevó a cabo un estudio no lineal integral de una fibra de núcleo hueco de largo recorrido inflada real.
Descubrieron que los efectos no lineales de los HCF son más pronunciados en la región visible en comparación con la región infrarroja, lo que se atribuye tanto al tamaño reducido del núcleo como a la longitud de onda operativa más corta.
Fibras de núcleo hueco para la transmisión de potencia del láser verde
El HCF utilizado en este trabajo emplea el principio de luz guiada antirresonancia. La luz guiada está confinada por una serie de finas películas de vidrio que rodean el núcleo de la fibra. Este diseño se realiza a través de un único anillo que consta de siete capilares de revestimiento, logrando las siete capas de revestimiento un buen equilibrio entre pérdida, pérdida por flexión y morfología.
La fibra se fabricó utilizando el método de apilar y estirar con vidrio de sílice fundido Heraeus F300, con un diámetro de núcleo de aproximadamente 20,7 µm y un diámetro de campo modal de 14,5 µm, y es capaz de guiar luz de 515 nm a 618 nm con Pérdidas inferiores a 30 dB/km.
Aunque la longitud de la fibra es de 300 metros, el equipo de investigación de Southampton ha podido producir varios kilómetros de fibra mediante este proceso.
La fibra también es relativamente insensible a la pérdida por flexión, que es inferior a 0.1 dB/m para curvaturas de más de 13 cm de diámetro en la longitud de onda operativa de 520 nm.
Este avance proporciona un soporte tecnológico clave para el procesamiento de materiales de alta precisión y eficiencia, especialmente en la aplicación de láseres verdes.
En el futuro, se espera que esta tecnología desempeñe un papel importante en industrias como la fabricación de vehículos eléctricos, especialmente en aspectos clave como la producción de baterías.
