Cefndir Ymchwil ac Arweinwyr Diweddar
Mae ffibrau gwydr silica craidd solet wedi dominyddu ers amser maith ym maes trawsyrru optegol effeithlon a hyblyg, yn enwedig mewn telathrebu a diwydiannol.laserau.
Fodd bynnag, ar gyfer cymwysiadau diwydiannol sy'n gofyn am drosglwyddiad laser pŵer uchel, mae ffibrau optegol confensiynol yn wynebu llawer o heriau.
Oherwydd prosesau aflinol fel effaith Kerr, gwasgariad Raman cyffrous, a chyfyngiadau trothwy difrod gwydr silica, yn aml nid yw ffibrau confensiynol yn gallu trosglwyddo laserau pŵer uchel, sy'n cyfyngu'n fawr ar y dwysedd pŵer y gellir ei gyflawni.
Mae ymddangosiad ffibrau craidd gwag (HCFs) yn darparu syniadau newydd i ddatrys y broblem hon. Mewn HCFs, mae mwy na 99.99% o'r golau dan arweiniad wedi'i grynhoi mewn craidd wedi'i lenwi ag aer canolog (neu wactod), gan osgoi llawer o gyfyngiadau creiddiau silicon solet neu ffibrau optegol confensiynol.
Yn ôl yn 2022, dangosodd tîm yn Southampton, y DU, fuddion cynllun HCF newydd yn llwyddiannus, gan drosglwyddo 1kW o olau bron isgoch tonnau parhaus trwy hyd o 1km, gan ddangos potensial enfawr y dechnoleg hon yn llawn.
Yn yr astudiaeth ddiweddaraf, estynnodd y tîm yr ystod cymhwyso o HCFs ymhellach trwy drosglwyddo curiadau laser 520 nm yn llwyddiannus gyda phŵer brig o gilowat trwy HCF 300- metr.
Mae'r datblygiad arloesol hwn nid yn unig yn ymestyn gallu HCFs i donfeddi gwyrdd, ond mae hefyd yn arwyddocaol ar gyfer llawer o gymwysiadau diwydiannol.
Fodd bynnag, mae datblygu HCFs ar donfeddi gweladwy yn wynebu heriau saernïo oherwydd eu nodweddion strwythurol bach. Er mwyn goresgyn yr heriau hyn, cynhaliodd y tîm ymchwil astudiaeth aflinol gynhwysfawr o ffibr craidd gwag pellter hir chwyddedig gwirioneddol.
Canfuwyd bod effeithiau aflinol HCFs yn fwy amlwg yn y rhanbarth gweladwy o'i gymharu â'r rhanbarth isgoch, a briodolir i'r maint craidd llai a'r donfedd gweithredu fyrrach.
Ffibrau craidd gwag ar gyfer trosglwyddo pŵer laser gwyrdd
Mae'r HCF a ddefnyddir yn y gwaith hwn yn defnyddio'r egwyddor o olau tywys gwrth-gyseiniant. Mae'r golau dan arweiniad wedi'i gyfyngu gan gyfres o ffilmiau gwydr tenau o amgylch craidd y ffibr. Gwireddir y dyluniad hwn trwy gylch sengl sy'n cynnwys saith capilarïau cladin, gyda'r saith haen cladin yn sicrhau cydbwysedd da rhwng colled, colled plygu a morffoleg.
Cafodd y ffibr ei wneud gan ddefnyddio'r dull stac-ac-ymestyn gyda gwydr silica wedi'i asio Heraeus F300, gyda diamedr craidd o tua 20.7 µm a diamedr maes modd o 14.5 µm, ac mae'n gallu arwain golau o 515 nm i 618 nm gyda colledion o dan 30 dB/km.
Er bod hyd y ffibr a adroddir yn 300 metr, mae tîm ymchwil Southampton wedi gallu cynhyrchu sawl cilomedr o ffibr gan ddefnyddio'r broses.
Mae'r ffibr hefyd yn gymharol ansensitif i golled plygu, sy'n llai na 0.1 dB/m ar gyfer troadau mwy na 13 cm mewn diamedr ar donfedd gweithredu 520 nm.
Mae'r datblygiad arloesol hwn yn darparu cefnogaeth dechnolegol allweddol ar gyfer prosesu deunydd manwl uchel ac effeithlonrwydd uchel, yn enwedig wrth gymhwyso laserau gwyrdd.
Yn y dyfodol, disgwylir i'r dechnoleg hon chwarae rhan bwysig mewn diwydiannau megis gweithgynhyrchu cerbydau trydan, yn enwedig mewn agweddau allweddol megis cynhyrchu batri.
