Latar Belakang Penyelidikan dan Petunjuk Terkini
Gentian kaca silika teras pepejal telah lama mendominasi bidang penghantaran optik yang cekap dan fleksibel, terutamanya dalam telekom dan perindustrian.laser.
Walau bagaimanapun, untuk aplikasi perindustrian yang memerlukan penghantaran laser berkuasa tinggi, gentian optik konvensional menghadapi banyak cabaran.
Disebabkan oleh proses tak linear seperti kesan Kerr, taburan Raman yang teruja, dan had ambang kerosakan kaca silika, gentian konvensional selalunya tidak mampu menghantar laser berkuasa tinggi, yang sangat mengehadkan ketumpatan kuasa yang boleh dihantar.
Kemunculan gentian teras berongga (HCF) memberikan idea baharu untuk menyelesaikan masalah ini. Dalam HCF, lebih daripada 99.99% cahaya berpandu tertumpu pada teras terisi udara pusat (atau vakum), memintas banyak batasan teras silikon pepejal atau gentian optik konvensional.
Kembali pada tahun 2022, sebuah pasukan di Southampton, UK, berjaya menunjukkan faedah reka bentuk HCF yang baru, memancarkan 1kW cahaya gelombang dekat inframerah berterusan sepanjang 1km, menunjukkan sepenuhnya potensi besar teknologi ini.
Dalam kajian terbaharu, pasukan itu meluaskan lagi julat aplikasi HCF dengan berjaya menghantar denyutan laser 520 nm dengan kuasa puncak kilowatt melalui 300-meter HCF.
Kejayaan ini bukan sahaja memanjangkan keupayaan HCF kepada panjang gelombang hijau, tetapi juga penting untuk banyak aplikasi perindustrian.
Walau bagaimanapun, membangunkan HCF pada panjang gelombang yang boleh dilihat menghadapi cabaran fabrikasi kerana ciri strukturnya yang kecil. Untuk mengatasi cabaran ini, pasukan penyelidik menjalankan kajian tak linear komprehensif mengenai gentian teras berongga jarak jauh yang melambung sebenar.
Mereka mendapati bahawa kesan bukan linear HCF lebih ketara di kawasan yang boleh dilihat berbanding dengan kawasan inframerah, yang dikaitkan dengan kedua-dua saiz teras yang dikurangkan dan panjang gelombang operasi yang lebih pendek.
Gentian teras berongga untuk penghantaran kuasa laser hijau
HCF yang digunakan dalam kerja ini menggunakan prinsip cahaya berpandukan anti-resonans. Cahaya berpandu dihadkan oleh satu siri filem kaca nipis yang mengelilingi teras gentian. Reka bentuk ini direalisasikan melalui cincin tunggal yang terdiri daripada tujuh kapilari pelapisan, tujuh lapisan pelapisan mencapai keseimbangan yang baik antara kehilangan, kehilangan lenturan dan morfologi.
Gentian itu dibuat menggunakan kaedah tindanan-dan-regangan dengan kaca silika bercantum Heraeus F300, dengan diameter teras kira-kira 20.7 µm dan diameter medan mod 14.5 µm, dan mampu membimbing cahaya dari 515 nm hingga 618 nm dengan kerugian di bawah 30 dB/km.
Walaupun panjang gentian yang dilaporkan ialah 300 meter, pasukan penyelidik Southampton telah dapat menghasilkan beberapa kilometer gentian menggunakan proses tersebut.
Gentian juga agak tidak sensitif terhadap kehilangan lenturan, iaitu kurang daripada 0.1 dB/m untuk lenturan yang lebih besar daripada diameter 13 cm pada panjang gelombang operasi 520 nm.
Kejayaan ini menyediakan sokongan teknologi utama untuk pemprosesan bahan berketepatan tinggi dan kecekapan tinggi, terutamanya dalam penggunaan laser hijau.
Pada masa hadapan, teknologi ini dijangka memainkan peranan penting dalam industri seperti pembuatan kenderaan elektrik, terutamanya dalam aspek utama seperti pengeluaran bateri.
