Việc truyền tia laze trong sợi lõi-rắn gặp khó khăn trong việc duy trì đồng thời chất lượng chùm tia cao và công suất cao, điều này hạn chế nghiêm trọng các ứng dụng công nghiệp của nó. Gần đây, một nhóm nghiên cứu từ Phòng thí nghiệm Ánh sáng Nanhu tại Đại học Công nghệ Quốc phòng Quốc gia, phối hợp với các tổ chức liên quan, đã đạt được khả năng truyền dẫn-hiệu quả và ổn định trên toàn sợi-của tia laser công suất cao 2kW-trên một khoảng cách cực dài 2,45 km bằng cách sử dụng sợi lõi-rỗng. Bước đột phá này đánh dấu sự chuyển đổi của việc truyền năng lượng đường dài, công suất-cao qua sợi lõi-rỗng từ khám phá lý thuyết sang ứng dụng kỹ thuật thực tế.
Trong những năm gần đây, nhu cầu truyền dẫn-đường dài, linh hoạt của laser công suất cao-đã tăng lên đáng kể. Tuy nhiên, sợi lõi rắn-truyền thống chỉ có thể truyền tải công suất 5kW trên phạm vi 20 mét và khoảng cách truyền dẫn giảm mạnh xuống chỉ còn 3 mét ở mức 8kW-còn xa so với yêu cầu công nghiệp. So với sợi lõi rắn, sợi lõi rỗng mang lại những ưu điểm như độ trễ thấp, tổn thất thấp và hệ số phi tuyến thấp. Tuy nhiên, các hệ thống truyền dẫn laser công suất cao hiện có sử dụng sợi lõi rỗng chủ yếu dựa vào các thành phần quang học như thấu kính, khiến chúng dễ bị ảnh hưởng bởi môi trường và dẫn đến độ ổn định kém. Do đó, việc phát triển công nghệ kết hợp hoàn toàn bằng sợi quang là con đường then chốt để xây dựng các hệ thống laser sợi quang lõi rỗng ổn định, nhỏ gọn và thực tế.
Tiến sĩ Shi Jing, tác giả đầu tiên của bài báo, giải thích rằng để đạt được hệ thống "toàn{1}}sợi" thực sự ổn định và hiệu quả, nhóm đã thiết kế một sợi lõi rỗng-cộng hưởng-năm ống đôi-lồng nhau với chế độ-sợi lõi-rắn. Thông qua việc tối ưu hóa mô phỏng, họ đã xác định được các thông số cấu trúc tối ưu và kéo thành công sợi lõi rỗng có mức tổn thất cực thấp-thấp{10}}. Nhóm đã vượt qua những thách thức trong việc ghép nối-tổn thất thấp giữa thạch anh và sợi lõi-rỗng, khớp trường chế độ và công nghệ đóng gói-đầu sợi quang công suất cao. Họ đã đạt được khả năng truyền laser công suất-khoảng cách cao-đầu tiên trên thế giới thông qua cấu trúc lõi hoàn toàn-sợi rỗng{21}}, duy trì chất lượng chùm tia gần{22}}nhiễu xạ-giới hạn. Cả công suất truyền và khoảng cách đều thể hiện mức cao nhất trên phạm vi quốc tế.
Shi Jing cho biết: “Mặc dù khoảng cách truyền dẫn 2,45 km bị hạn chế bởi độ dài sợi hiện có, nhưng công nghệ được phát triển sẽ mở đường cho việc truyền laser hiệu quả trong tương lai trên những khoảng cách thậm chí còn lớn hơn”.
Tác giả tương ứng Chen Zilun lưu ý rằng so với các sợi lõi-rắn truyền thống, sợi lõi rỗng-tổn thất cực thấp--cung cấp khoảng cách truyền linh hoạt hiệu quả lên hai bậc độ lớn. Bước đột phá này cung cấp hỗ trợ kỹ thuật cho các ứng dụng kỹ thuật truyền laser linh hoạt ở khoảng cách xa-trong môi trường công nghiệp với tiềm năng rộng lớn trên nhiều lĩnh vực. Ví dụ, trong xử lý công nghiệp, truyền laser linh hoạt từ xa có thể tăng khoảng cách giữa người vận hành và khu vực làm việc nguy hiểm, tăng cường đáng kể độ an toàn khi vận hành. Trong nghiên cứu khoa học, các sợi lõi-rỗng có thể thu giữ và tăng tốc các hạt thông qua áp suất bức xạ, cho phép phát triển các "cảm biến hạt bay" mới hoạt động ở kích thước hàng km-.
"Mặc dù chi phí sợi lõi-rỗng hiện vượt quá chi phí của sợi thông thường, nhưng điều này chủ yếu xuất phát từ giai đoạn công nghiệp hóa non trẻ, được đặc trưng bởi các quy trình sản xuất phức tạp và có khả năng cải thiện năng suất. Khi công nghệ hoàn thiện, quy mô sản xuất tăng lên và các chuỗi công nghiệp thượng nguồn-hạ nguồn phát triển đồng bộ, chi phí sợi lõi rỗng-dự kiến sẽ đi vào một quỹ đạo đi xuống bền vững, mở đường cho việc triển khai quy mô-lớn trong các ứng dụng có giá trị-cao cụ thể.” Chen Zilun cho biết nhóm nghiên cứu sẽ tối ưu hóa hơn nữa cấu trúc sợi, nâng cao hiệu quả ghép nối, tăng công suất và khoảng cách truyền cũng như khám phá các kịch bản ứng dụng rộng hơn.
