Contexte de recherche et pistes récentes
Les fibres de verre de silice à noyau solide dominent depuis longtemps le domaine de la transmission optique efficace et flexible, en particulier dans les secteurs des télécommunications et de l'industrie.Lasers.
Cependant, pour les applications industrielles nécessitant une transmission laser haute puissance, les fibres optiques conventionnelles sont confrontées à de nombreux défis.
En raison de processus non linéaires tels que l'effet Kerr, la diffusion Raman excitée et les limites du seuil de dommage du verre de silice, les fibres conventionnelles ne sont souvent pas capables de transmettre des lasers de haute puissance, ce qui limite considérablement la densité de puissance délivrable.
L’émergence des fibres creuses (HCF) apporte de nouvelles idées pour résoudre ce problème. Dans les HCF, plus de 99,99 % de la lumière guidée est concentrée dans un noyau central rempli d'air (ou de vide), contournant bon nombre des limitations des noyaux en silicium solide ou des fibres optiques conventionnelles.
En 2022, une équipe de Southampton, au Royaume-Uni, a démontré avec succès les avantages d'une nouvelle conception HCF, transmettant 1 kW de lumière proche infrarouge à ondes continues sur une longueur de 1 km, démontrant pleinement l'énorme potentiel de cette technologie.
Dans la dernière étude, l'équipe a encore étendu la gamme d'applications des HCF en transmettant avec succès des impulsions laser de 520 nm avec une puissance maximale de kilowatts à travers un HCF de 300-mètre.
Cette percée étend non seulement la capacité des HCF aux longueurs d’onde vertes, mais est également importante pour de nombreuses applications industrielles.
Cependant, le développement de HCF dans les longueurs d'onde visibles se heurte à des défis de fabrication en raison de leurs minuscules caractéristiques structurelles. Pour surmonter ces défis, l’équipe de recherche a mené une étude non linéaire complète d’une véritable fibre creuse longue distance gonflée.
Ils ont constaté que les effets non linéaires des HCF sont plus prononcés dans la région visible que dans la région infrarouge, ce qui est attribué à la fois à la taille réduite du noyau et à la longueur d'onde de fonctionnement plus courte.
Fibres creuses pour la transmission de puissance laser verte
Le HCF utilisé dans ce travail utilise le principe de la lumière guidée anti-résonance. La lumière guidée est confinée par une série de minces films de verre entourant le cœur de la fibre. Cette conception est réalisée à travers un anneau unique composé de sept capillaires de revêtement, les sept couches de revêtement réalisant un bon équilibre entre perte, perte par courbure et morphologie.
La fibre a été fabriquée à l'aide de la méthode d'empilement et d'étirement avec du verre de silice fondu Heraeus F300, avec un diamètre de noyau d'environ 20,7 µm et un diamètre de champ de mode de 14,5 µm, et est capable de guider la lumière de 515 nm à 618 nm avec pertes inférieures à 30 dB/km.
Bien que la longueur déclarée de la fibre soit de 300 mètres, l’équipe de recherche de Southampton a pu produire plusieurs kilomètres de fibre grâce à ce procédé.
La fibre est également relativement insensible à la perte de courbure, qui est inférieure à 0,1 dB/m pour les courbures supérieures à 13 cm de diamètre à la longueur d'onde de fonctionnement de 520 nm.
Cette percée fournit un support technologique clé pour le traitement des matériaux de haute précision et à haut rendement, en particulier dans l'application des lasers verts.
À l’avenir, cette technologie devrait jouer un rôle important dans des secteurs tels que la fabrication de véhicules électriques, en particulier dans des aspects clés tels que la production de batteries.
