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图 1：（a）空芯光纤（HCF）的扫描电子显微镜（SEM）横截面图；（b）HCF 测患上的回切损耗与模仿损耗的对于比图。

高效、矫捷的光传输一直由实芯石英玻璃光纤主导，特别是于电信及工业激光器运用范畴。可是，对于在工业运用至关主要的高功率激光传输，因为纤芯中的克尔效应、受激拉曼散射等非线性历程以和石英玻璃的毁伤阈值，使患上传统光纤面对着巨年夜挑战。这些因素极年夜地限定了传统光纤可传输的功率密度。

于空芯光纤（HCF）中，跨越 99.99% 的传输光被包罗于布满空气（或者真空）的空芯中，这冲破了固体石英纤芯或者传统光纤的限定。2022 年，南安普顿年夜学的研究团队使用长度1km的HCF传输了功率1kW的持续波近红外光（~1 m），乐成展示了新型 HCF的上风和传输潜力。

于该团队的最新事情中，他们经由过程300m长的 HCF 传输峰值功率为千瓦级的 520nm激光脉冲，将高机能传输扩大到了对于浩繁工业运用至关主要的绿光范畴。

因为布局特性较小，开发传输可见光波段的HCF 面对着制造挑战。

研究团队还有对于空气填充的 HCF 举行了非线性研究。与红外波段比拟，HCF于可见光波段的非线性度较着更高，这归因在光纤纤芯尺寸减小和事情波长的缩短。是以，HCF对于绿光激光的高机能传输，是将绿光激光用在高精度、高效质料加工的要害一步，这将使电动汽车制造等行业受益，尤其是电池出产范畴。

用在绿光激光传输的空芯光纤

于这项事情中利用的HCF经由过程反共振传输光，于反共振中，一组薄玻璃膜缭绕着光纤的纤芯，并将传输光限定于此中。这是由七个包层毛细管构成的单环来实现的（选择七个毛细管象征着损耗、弯曲损耗及传输模式之间到达了最好均衡）。

该光纤采用Heraeus F300熔融石英玻璃，经由过程堆拉法制造而成，纤芯直径约为 20.7 m，模场直径约为14.5 m，可传输 515~618nm波段的光，损耗小在30dB/km（见图 1）。所报导的光纤长度为300m，但该研究团队已经经经由过程这类工艺出产出数千米长的光纤。这类光纤对于弯曲损耗也相对于不敏感，于事情波长为 520nm时，直径年夜在13cm的弯曲损耗小在0.1dB/m。

功率传输成果

功率传输试验陈诉利用了便宜的15.5W、520nm倍频掺镱光纤激光器，其反复频率为1.6MHz，脉宽约为520ps，峰值功率约为18kW。激光束聚焦后其模场直径约为15 m与光纤匹配，从而使耦合效率到达约86%。长度别离为2m、100m及300m的HCF平均输出功率别离为13.2W、6.7W及3W，峰值功率别离为15.9kW、8kW及3.6kW（见图 2）。

图2：经由过程差别长度的HCF （2m、100m及300m）传输绿光激光的输出功率与输入功率对于比图。插图为最年夜输出功率下近衍射极限的输出光束轮廓。

今朝，低损耗和可见光传输的HCF的呈现有望提高运送效率，并实现公里级间隔的功率传输。只管光纤纤芯内部的能量密度到达了5.5J/cm2，但对于光纤没有毁伤。于所有测试长度中，传输的光束质量都很高（M2 1.1），这对于周详微加工及长间隔运用至关主要。

降服实芯石英光纤的非线性限定

因为纤芯尺寸减小（单模传输所必须），实芯石英光纤的非线性于可见光规模内特别显著，并致使较着的光谱展宽。对于在长15m、纤芯直径为10妹妹的光子晶体光纤 （PCF），其损耗与利用的HCF相似（利用不异的装配举行丈量），但不雅察到的光谱展宽较着年夜在300m长的HCF（见图 3）；这展示了HCF于降服非线性方面的上风。

图3：520nm的激光经15m长的PCF及300m长的HCF传输后的光谱对于比图。

这项事情再次注解，HCF是解决柔性光纤传输激光的抱负选择，并为工业中年夜范围传输激光（特别是绿光/紫外-可见光）提供了可能。这类矫捷性对于在各类将来制造至关主要。

专家评论

英国Heriot-Watt年夜学光子与量子科学研究所副传授、National Robotarium周详激光运用试验室学术带头人、和工业激光用户协会副主席Richard Carter指出： 超短激光脉冲（USP）的矫捷传输，将打破于工业中采用USP制造工艺的庞大障碍。最近几年来，这些情势的抗谐振空芯光纤一直被视为最有出路的选择之一，但因为于拉制靠得住长度的光纤方面存于问题，是以于现实运用中进展迟缓。南安普顿年夜学的研究结果是一次庞大奔腾。这些光纤不仅能传输绿光激光，并且其长度及机能显然已经为贸易化及工业化运用做好了预备。

-BG大游