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As fibras de vidro de sílica de núcleo sólido dominam há muito tempo o campo da transmissão óptica eficiente e flexível, especialmente nas telecomunicações e na indústria.laser.
No entanto, para aplicações industriais que requerem transmissão de laser de alta potência, as fibras ópticas convencionais enfrentam muitos desafios.
Devido a processos não lineares, como o efeito Kerr, espalhamento Raman excitado e limitações de limiar de dano do vidro de sílica, as fibras convencionais muitas vezes não são capazes de transmitir lasers de alta potência, o que limita bastante a densidade de potência entregue.
O surgimento de fibras de núcleo oco (HCFs) fornece novas ideias para resolver este problema. Nos HCFs, mais de 99,99% da luz guiada está concentrada em um núcleo central cheio de ar (ou vácuo), contornando muitas das limitações dos núcleos de silício sólido ou das fibras ópticas convencionais.
Em 2022, uma equipe em Southampton, Reino Unido, demonstrou com sucesso os benefícios de um novo design de HCF, transmitindo 1 kW de luz infravermelha próxima de onda contínua através de um comprimento de 1 km, demonstrando plenamente o enorme potencial desta tecnologia.
No estudo mais recente, a equipe ampliou ainda mais a faixa de aplicação de HCFs ao transmitir com sucesso pulsos de laser de 520 nm com potência de pico de quilowatts por meio de um HCF de 300-metro.
Este avanço não só amplia a capacidade dos HCFs para comprimentos de onda verdes, mas também é significativo para muitas aplicações industriais.
No entanto, o desenvolvimento de HCFs em comprimentos de onda visíveis enfrenta desafios de fabricação devido às suas pequenas características estruturais. Para superar esses desafios, a equipe de pesquisa conduziu um estudo não linear abrangente de uma fibra real inflada de núcleo oco de longa distância.
Eles descobriram que os efeitos não lineares dos HCFs são mais pronunciados na região visível em comparação com a região infravermelha, o que é atribuído tanto ao tamanho reduzido do núcleo quanto ao comprimento de onda operacional mais curto.
Fibras de núcleo oco para transmissão de energia de laser verde
O HCF utilizado neste trabalho emprega o princípio da luz guiada anti-ressonância. A luz guiada é confinada por uma série de finas películas de vidro que circundam o núcleo da fibra. Este projeto é realizado através de um único anel composto por sete capilares de revestimento, as sete camadas de revestimento alcançando um bom equilíbrio entre perda, perda de flexão e morfologia.
A fibra foi fabricada pelo método stack-and-stretch com vidro de sílica fundida Heraeus F300, com diâmetro de núcleo de cerca de 20,7 µm e diâmetro de campo modal de 14,5 µm, e é capaz de guiar luz de 515 nm a 618 nm com perdas inferiores a 30 dB/km.
Embora o comprimento relatado da fibra seja de 300 metros, a equipe de pesquisa de Southampton conseguiu produzir vários quilômetros de fibra usando o processo.
A fibra também é relativamente insensível à perda de flexão, que é inferior a 0,1 dB/m para curvas maiores que 13 cm de diâmetro no comprimento de onda operacional de 520 nm.
Esta inovação fornece suporte tecnológico fundamental para processamento de materiais de alta precisão e eficiência, especialmente na aplicação de lasers verdes.
No futuro, espera-se que esta tecnologia desempenhe um papel importante em indústrias como a fabricação de veículos elétricos, especialmente em aspectos-chave como a produção de baterias.
