科技日报记者 张强 通讯员 王泽锋
激光在实芯光纤中传输时，难以同时保持高光束质量与高功率，严重限制了其在工业中的广泛应用。近日，国防科技大学南湖之光实验室联合相关单位科研团队，利用空芯光纤首次实现了2kW高功率激光在2.45公里超长距离下的全光纤化高效、稳定传输，标志着高功率、远程传能空芯光纤从原理探索正式迈进工程应用阶段。相关成果刊发于国际权威期刊《自然·通讯》。
近年来，高功率激光柔性远距离传输的应用需求日益增长。然而，传统实芯光纤在输出功率为5kW时，传输距离仅为20米；而当功率提升至8kW时，传输距离急剧下降至仅3米，难以满足工业应用的需求。相比实芯光纤，空芯光纤具有低时延、低损耗、低非线性系数的优势。但现有空芯光纤高功率激光传输系统主要依赖透镜等光学元件，易受环境影响，稳定性差。因此，发展全光纤化耦合技术是构建稳定、紧凑且实用化空芯光纤激光系统的关键路径。
论文第一作者石婧博士介绍，为实现真正稳定、高效的“全光纤”系统，该团队设计了与实芯光纤模场匹配的五管双嵌套反谐振空芯光纤，通过仿真优化，确定了最佳结构参数，成功拉制出超低损耗空芯光纤。该团队突破了石英光纤与空芯光纤低损耗熔接、模场匹配和高功率光纤端帽技术，首次实现了全光纤结构的空芯光纤高功率激光远距离传输，输出激光维持近衍射极限光束质量，全光纤化传输功率和距离均为国际最高水平。
“尽管2.45公里的传输距离受限于当前可获得的光纤长度，但依托所发展的技术，未来能够实现更远距离的高效激光传输。”石婧表示。
论文通讯作者陈子伦表示，相较于传统实芯光纤，超低损耗空芯光纤有效柔性传输距离提升了两个数量级，为工业领域远距离激光柔性传输跨入工程应用提供技术支撑，有望在多个领域广泛应用。例如，在工业加工中，面对某些高危作业环境，远程激光柔性传输能够扩大工作人员与加工区域的距离，显著提升操作安全性；在科学技术领域，空芯光纤可以通过辐射压力实现粒子的捕获和加速，为在公里级尺度上构建新型“飞行粒子传感器”提供可能。
“尽管现阶段空芯光纤的造价显著高于传统光纤，但这主要缘于其仍处于产业化初期，工艺复杂、良品率有待提升。随着技术路线逐步成熟、生产规模扩大以及上下游产业链的协同发展，空芯光纤的成本有望进入持续下降通道，为其在特定高价值场景中的规模化应用创造条件。”陈子伦说，未来，研究团队将进一步优化光纤结构，提高空芯光纤耦合效率，提升传输功率和长度，探索其在更广泛场景中的应用。
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