अनुसंधान पृष्ठभूमि और हालिया लीड्स
सॉलिड-कोर सिलिका ग्लास फाइबर लंबे समय से कुशल और लचीले ऑप्टिकल ट्रांसमिशन के क्षेत्र में हावी रहे हैं, खासकर दूरसंचार और औद्योगिक क्षेत्र मेंपराबैंगनीकिरण.
हालाँकि, उच्च-शक्ति लेजर ट्रांसमिशन की आवश्यकता वाले औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए, पारंपरिक ऑप्टिकल फाइबर को कई चुनौतियों का सामना करना पड़ता है।
केर प्रभाव, उत्तेजित रमन बिखरने और सिलिका ग्लास की क्षति सीमा सीमाओं जैसी गैर-रेखीय प्रक्रियाओं के कारण, पारंपरिक फाइबर अक्सर उच्च-शक्ति लेजर संचारित करने में सक्षम नहीं होते हैं, जो वितरण योग्य बिजली घनत्व को काफी सीमित कर देता है।
खोखले-कोर फाइबर (एचसीएफ) का उद्भव इस समस्या को हल करने के लिए नए विचार प्रदान करता है। एचसीएफ में, 99.99% से अधिक निर्देशित प्रकाश ठोस सिलिकॉन कोर या पारंपरिक ऑप्टिकल फाइबर की कई सीमाओं को दरकिनार करते हुए, केंद्रीय वायु (या वैक्यूम) से भरे कोर में केंद्रित होता है।
2022 में, यूके के साउथेम्प्टन में एक टीम ने एक नए एचसीएफ डिज़ाइन के लाभों का सफलतापूर्वक प्रदर्शन किया, जिसमें 1 किमी की लंबाई के माध्यम से 1 किलोवाट निरंतर-तरंग निकट-अवरक्त प्रकाश संचारित किया गया, जो इस तकनीक की विशाल क्षमता को पूरी तरह से प्रदर्शित करता है।
नवीनतम अध्ययन में, टीम ने 300-मीटर एचसीएफ के माध्यम से किलोवाट की अधिकतम शक्ति के साथ 520 एनएम लेजर पल्स को सफलतापूर्वक प्रसारित करके एचसीएफ की अनुप्रयोग सीमा को आगे बढ़ाया।
यह सफलता न केवल एचसीएफ की क्षमता को हरित तरंग दैर्ध्य तक बढ़ाती है, बल्कि कई औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए भी महत्वपूर्ण है।
हालाँकि, दृश्यमान तरंग दैर्ध्य पर एचसीएफ विकसित करने से उनकी छोटी संरचनात्मक विशेषताओं के कारण निर्माण चुनौतियों का सामना करना पड़ता है। इन चुनौतियों पर काबू पाने के लिए, अनुसंधान टीम ने वास्तविक फुलाए हुए लंबे-लंबे खोखले-कोर फाइबर का एक व्यापक नॉनलाइनियर अध्ययन किया।
उन्होंने पाया कि एचसीएफ के गैर-रेखीय प्रभाव इन्फ्रारेड क्षेत्र की तुलना में दृश्य क्षेत्र में अधिक स्पष्ट हैं, जो कम कोर आकार और कम ऑपरेटिंग तरंग दैर्ध्य दोनों के लिए जिम्मेदार है।
ग्रीन लेजर पावर ट्रांसमिशन के लिए खोखले-कोर फाइबर
इस कार्य में प्रयुक्त एचसीएफ प्रति-अनुनाद निर्देशित प्रकाश के सिद्धांत को नियोजित करता है। निर्देशित प्रकाश फाइबर के मूल के चारों ओर पतली कांच की फिल्मों की एक श्रृंखला द्वारा सीमित है। इस डिज़ाइन को एक एकल रिंग के माध्यम से महसूस किया जाता है जिसमें सात क्लैडिंग केशिकाएं होती हैं, सात क्लैडिंग परतें हानि, झुकने की हानि और आकृति विज्ञान के बीच एक अच्छा संतुलन प्राप्त करती हैं।
फाइबर को स्टैक-एंड-स्ट्रेच विधि का उपयोग करके हेरियस F300 फ्यूज्ड सिलिका ग्लास के साथ बनाया गया था, जिसका कोर व्यास लगभग 20.7 µm और मोड-फील्ड व्यास 14.5 µm है, और यह 515 एनएम से 618 एनएम तक प्रकाश का मार्गदर्शन करने में सक्षम है। 30 डीबी/किमी से कम हानि।
हालाँकि फाइबर की रिपोर्ट की गई लंबाई 300 मीटर है, साउथेम्प्टन अनुसंधान टीम इस प्रक्रिया का उपयोग करके कई किलोमीटर फाइबर का उत्पादन करने में सक्षम है।
फाइबर झुकने के नुकसान के प्रति भी अपेक्षाकृत असंवेदनशील है, जो कि 520 एनएम ऑपरेटिंग तरंग दैर्ध्य पर 13 सेमी से अधिक व्यास वाले मोड़ के लिए 0.1 डीबी/मीटर से कम है।
यह सफलता उच्च परिशुद्धता और उच्च दक्षता वाली सामग्री प्रसंस्करण के लिए महत्वपूर्ण तकनीकी सहायता प्रदान करती है, विशेष रूप से ग्रीन लेजर के अनुप्रयोग में।
भविष्य में, इस तकनीक के इलेक्ट्रिक वाहन निर्माण जैसे उद्योगों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाने की उम्मीद है, खासकर बैटरी उत्पादन जैसे प्रमुख पहलुओं में।
