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近日，國防科技大學(xué)南湖之光實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合長(zhǎng)飛光坊（武漢）科技有限公司、光纖光纜先進(jìn)制造與應(yīng)用技術(shù)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等單位，在空芯光纖高功率激光傳輸領(lǐng)域取得重大突破。研究團(tuán)隊(duì)基于自主設(shè)計(jì)的反諧振空芯光纖（AR-HCF），首次實(shí)現(xiàn)2kW高功率激光在2.45公里超長(zhǎng)距離下的全光纖化高效、穩(wěn)定傳輸，傳輸效率達(dá)85.4%，光束質(zhì)量因子（M²）維持近衍射極限的1.29。這一成果標(biāo)志著我國在高功率、遠(yuǎn)程傳能空芯光纖技術(shù)領(lǐng)域正式邁入工程應(yīng)用階段，相關(guān)研究發(fā)表于國際權(quán)威期刊《自然·通訊》。 突破傳統(tǒng)瓶頸：空芯光纖破解高功率傳輸難題 傳統(tǒng)實(shí)芯光纖在高功率激光傳輸中面臨非線性效應(yīng)與熱損傷的雙重限制。當(dāng)輸出功率提升至5kW時(shí)，實(shí)芯光纖傳輸距離僅約20米；功率達(dá)8kW時(shí)，傳輸距離更急劇縮短至3米，無法滿足工業(yè)加工、核退役等領(lǐng)域的遠(yuǎn)程操作需求。研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新采用反諧振空芯光纖，通過微結(jié)構(gòu)包層將光場(chǎng)限制在空氣纖芯中傳播，使光場(chǎng)與石英玻璃的重疊度降至約10⁻⁵量級(jí)，顯著降低光學(xué)非線性效應(yīng)并提高損傷閾值。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，該空芯光纖在1080nm波長(zhǎng)處的傳輸損耗低至0.168 dB/km，為全球同類技術(shù)最低水平。 全光纖系統(tǒng)構(gòu)建：攻克三大技術(shù)壁壘 為實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定高效的全光纖傳輸，團(tuán)隊(duì)突破了三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)： · 低損耗熔接技術(shù)：針對(duì)空芯光纖與實(shí)芯光纖的模場(chǎng)差異，研發(fā)五管雙嵌套反諧振空芯光纖結(jié)構(gòu)，通過仿真優(yōu)化確定最佳參數(shù)（纖芯直徑28μm、嵌套管厚度1.3μm），并采用抗反射涂層與熔接工藝優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)平均熔接損耗-0.17 dB、回波損耗-28.5 dB。 · 受激拉曼散射（SRS）抑制：首次發(fā)現(xiàn)空芯光纖石英包層的SRS現(xiàn)象，通過在激光源后接入啁啾傾斜布拉格光柵（CTFBG），有效遏制SRS在空芯光纖中的生成，使2.45公里傳輸后的光譜與激光源保持高度一致。 · 高功率端帽保護(hù)：在空芯光纖輸出端熔接端帽，結(jié)合化學(xué)蝕刻制備的包層光剝離器（CLS）和定制光纖盤散熱設(shè)計(jì)，確保系統(tǒng)在2400W輸入功率下連續(xù)運(yùn)行2小時(shí)，輸出波動(dòng)僅2.3%，關(guān)鍵部位溫度控制良好。 工程應(yīng)用前景：從高危作業(yè)到粒子加速 該技術(shù)為高功率激光的工業(yè)與科研應(yīng)用開辟新路徑。在工業(yè)加工領(lǐng)域，遠(yuǎn)程激光柔性傳輸可擴(kuò)大操作人員與加工區(qū)域的安全距離，降低高危環(huán)境作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)；在核退役場(chǎng)景中，遠(yuǎn)程切割放射性結(jié)構(gòu)能顯著減少輻射暴露；在石油勘探領(lǐng)域，該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)更安全的地下激光鉆井作業(yè)。此外，空芯光纖的低非線性特性為單頻激光長(zhǎng)距離傳輸提供了解決方案，其輻射壓力效應(yīng)還可用于構(gòu)建公里級(jí)“飛行粒子傳感器”，推動(dòng)基礎(chǔ)科學(xué)研究。 國際領(lǐng)先地位：柔性傳輸距離提升兩個(gè)數(shù)量級(jí) 相較于傳統(tǒng)實(shí)芯光纖，此次突破將有效柔性傳輸距離提升了兩個(gè)數(shù)量級(jí)。研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人表示，未來將進(jìn)一步優(yōu)化光纖結(jié)構(gòu)，探索更高功率（如5kW以上）與更長(zhǎng)距離（如10公里級(jí)）的傳輸能力，并拓展其在量子光學(xué)、分布式傳感等領(lǐng)域的應(yīng)用。此次成果不僅彰顯了我國在光纖激光技術(shù)領(lǐng)域的國際競(jìng)爭(zhēng)力，更為全球高功率激光工程化應(yīng)用提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。 |
