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近日，國防科技大學南湖之光實驗室聯合長飛光坊（武漢）科技有限公司、光纖光纜先進制造與應用技術全國重點實驗室等單位，在空芯光纖高功率激光傳輸領域取得重大突破。研究團隊基于自主設計的反諧振空芯光纖（AR-HCF），首次實現2kW高功率激光在2.45公里超長距離下的全光纖化高效、穩定傳輸，傳輸效率達85.4%，光束質量因子（M²）維持近衍射極限的1.29。這一成果標志著我國在高功率、遠程傳能空芯光纖技術領域正式邁入工程應用階段，相關研究發表于國際權威期刊《自然·通訊》。 突破傳統瓶頸：空芯光纖破解高功率傳輸難題 傳統實芯光纖在高功率激光傳輸中面臨非線性效應與熱損傷的雙重限制。當輸出功率提升至5kW時，實芯光纖傳輸距離僅約20米；功率達8kW時，傳輸距離更急劇縮短至3米，無法滿足工業加工、核退役等領域的遠程操作需求。研究團隊創新采用反諧振空芯光纖，通過微結構包層將光場限制在空氣纖芯中傳播，使光場與石英玻璃的重疊度降至約10⁻⁵量級，顯著降低光學非線性效應并提高損傷閾值。實驗數據顯示，該空芯光纖在1080nm波長處的傳輸損耗低至0.168 dB/km，為全球同類技術最低水平。 全光纖系統構建：攻克三大技術壁壘 為實現穩定高效的全光纖傳輸，團隊突破了三項關鍵技術： · 低損耗熔接技術：針對空芯光纖與實芯光纖的模場差異，研發五管雙嵌套反諧振空芯光纖結構，通過仿真優化確定最佳參數（纖芯直徑28μm、嵌套管厚度1.3μm），并采用抗反射涂層與熔接工藝優化，實現平均熔接損耗-0.17 dB、回波損耗-28.5 dB。 · 受激拉曼散射（SRS）抑制：首次發現空芯光纖石英包層的SRS現象，通過在激光源后接入啁啾傾斜布拉格光柵（CTFBG），有效遏制SRS在空芯光纖中的生成，使2.45公里傳輸后的光譜與激光源保持高度一致。 · 高功率端帽保護：在空芯光纖輸出端熔接端帽，結合化學蝕刻制備的包層光剝離器（CLS）和定制光纖盤散熱設計，確保系統在2400W輸入功率下連續運行2小時，輸出波動僅2.3%，關鍵部位溫度控制良好。 工程應用前景：從高危作業到粒子加速 該技術為高功率激光的工業與科研應用開辟新路徑。在工業加工領域，遠程激光柔性傳輸可擴大操作人員與加工區域的安全距離，降低高危環境作業風險；在核退役場景中，遠程切割放射性結構能顯著減少輻射暴露；在石油勘探領域，該技術可實現更安全的地下激光鉆井作業。此外，空芯光纖的低非線性特性為單頻激光長距離傳輸提供了解決方案，其輻射壓力效應還可用于構建公里級“飛行粒子傳感器”，推動基礎科學研究。 國際領先地位：柔性傳輸距離提升兩個數量級 相較于傳統實芯光纖，此次突破將有效柔性傳輸距離提升了兩個數量級。研究團隊負責人表示，未來將進一步優化光纖結構，探索更高功率（如5kW以上）與更長距離（如10公里級）的傳輸能力，并拓展其在量子光學、分布式傳感等領域的應用。此次成果不僅彰顯了我國在光纖激光技術領域的國際競爭力，更為全球高功率激光工程化應用提供了關鍵技術支撐。 |
