ความเป็นมาการวิจัยและโอกาสในการขายล่าสุด
เส้นใยแก้วซิลิกาแกนแข็งมีบทบาทสำคัญในด้านการส่งผ่านแสงที่มีประสิทธิภาพและยืดหยุ่นมายาวนาน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านโทรคมนาคมและอุตสาหกรรมเลเซอร์.
อย่างไรก็ตาม สำหรับการใช้งานทางอุตสาหกรรมที่ต้องการการส่งผ่านเลเซอร์กำลังสูง ใยแก้วนำแสงแบบธรรมดาต้องเผชิญกับความท้าทายมากมาย
เนื่องจากกระบวนการที่ไม่เป็นเชิงเส้น เช่น เอฟเฟกต์ Kerr การกระเจิงของรามานที่ตื่นเต้น และข้อจำกัดขีดจำกัดความเสียหายของซิลิกาแก้ว เส้นใยทั่วไปจึงมักไม่สามารถส่งเลเซอร์กำลังสูงได้ ซึ่งจะจำกัดความหนาแน่นของพลังงานที่ส่งได้อย่างมาก
การเกิดขึ้นของเส้นใยแกนกลวง (HCF) ให้แนวคิดใหม่ในการแก้ปัญหานี้ ใน HCF แสงนำทางมากกว่า 99.99% เข้มข้นในแกนกลางที่เติมอากาศ (หรือสุญญากาศ) ซึ่งข้ามข้อจำกัดหลายประการของแกนซิลิคอนแข็งหรือเส้นใยนำแสงทั่วไป
ย้อนกลับไปในปี 2022 ทีมงานในเมืองเซาแธมป์ตัน สหราชอาณาจักร ประสบความสำเร็จในการสาธิตประโยชน์ของการออกแบบ HCF ใหม่ โดยส่งแสงอินฟราเรดใกล้คลื่นต่อเนื่อง 1kW เป็นระยะทาง 1 กม. แสดงให้เห็นศักยภาพมหาศาลของเทคโนโลยีนี้อย่างเต็มที่
ในการศึกษาล่าสุด ทีมงานได้ขยายขอบเขตการใช้งานของ HCF เพิ่มเติมโดยการส่งพัลส์เลเซอร์ 520 นาโนเมตรที่มีกำลังสูงสุดเป็นกิโลวัตต์ผ่าน HCF 300- เมตรได้สำเร็จ
ความก้าวหน้านี้ไม่เพียงแต่ขยายขีดความสามารถของ HCF ไปสู่ความยาวคลื่นสีเขียวเท่านั้น แต่ยังมีความสำคัญสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมหลายประเภทอีกด้วย
อย่างไรก็ตาม การพัฒนา HCF ที่ความยาวคลื่นที่มองเห็นได้ต้องเผชิญกับความท้าทายในการประดิษฐ์เนื่องจากคุณสมบัติทางโครงสร้างเพียงเล็กน้อย เพื่อเอาชนะความท้าทายเหล่านี้ ทีมวิจัยได้ทำการศึกษาแบบไม่เชิงเส้นที่ครอบคลุมของเส้นใยแกนกลวงระยะไกลที่พองตัวจริง
พวกเขาพบว่าผลกระทบแบบไม่เชิงเส้นของ HCF จะเด่นชัดมากขึ้นในบริเวณที่มองเห็นได้ดีกว่าบริเวณอินฟราเรด ซึ่งมีสาเหตุมาจากขนาดแกนกลางที่ลดลงและความยาวคลื่นในการทำงานที่สั้นลง
เส้นใยแบบแกนกลวงสำหรับการส่งกำลังเลเซอร์สีเขียว
HCF ที่ใช้ในงานนี้ใช้หลักการของแสงนำทางแบบป้องกันการสะท้อน แสงนำทางถูกจำกัดด้วยชุดฟิล์มแก้วบางๆ ที่ล้อมรอบแกนกลางของไฟเบอร์ การออกแบบนี้เกิดขึ้นได้ผ่านวงแหวนเดี่ยวที่ประกอบด้วยเส้นเลือดฝอยหุ้มเจ็ดชั้น และชั้นหุ้มเจ็ดชั้นทำให้เกิดความสมดุลที่ดีระหว่างการสูญเสีย การสูญเสียการโค้งงอ และสัณฐานวิทยา
เส้นใยดังกล่าวถูกประดิษฐ์ขึ้นโดยใช้วิธีซ้อนและยืดด้วยแก้วซิลิกาผสม Heraeus F300 โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางแกนประมาณ 20.7 µm และเส้นผ่านศูนย์กลางโหมดฟิลด์ที่ 14.5 µm และสามารถนำทางแสงได้ตั้งแต่ 515 นาโนเมตรถึง 618 นาโนเมตรด้วย ความสูญเสียต่ำกว่า 30 เดซิเบล/กม.
แม้ว่ารายงานความยาวของเส้นใยจะอยู่ที่ 300 เมตร แต่ทีมวิจัยของเซาแธมป์ตันก็สามารถผลิตเส้นใยได้หลายกิโลเมตรโดยใช้กระบวนการนี้
นอกจากนี้ไฟเบอร์ยังค่อนข้างไวต่อการสูญเสียจากการดัดงอ ซึ่งน้อยกว่า 0.1 dB/m สำหรับการโค้งงอที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางมากกว่า 13 ซม. ที่ความยาวคลื่นปฏิบัติการ 520 นาโนเมตร
ความก้าวหน้าครั้งนี้ให้การสนับสนุนทางเทคโนโลยีที่สำคัญสำหรับการประมวลผลวัสดุที่มีความแม่นยำสูงและมีประสิทธิภาพสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการใช้เลเซอร์สีเขียว
ในอนาคต เทคโนโลยีนี้คาดว่าจะมีบทบาทสำคัญในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น การผลิตรถยนต์ไฟฟ้า โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านสำคัญ เช่น การผลิตแบตเตอรี่
