Latar Belakang Penelitian dan Petunjuk Terkini
Serat kaca silika inti padat telah lama mendominasi bidang transmisi optik yang efisien dan fleksibel, terutama di bidang telekomunikasi dan industrilaser.
Namun, untuk aplikasi industri yang memerlukan transmisi laser berdaya tinggi, serat optik konvensional menghadapi banyak tantangan.
Karena proses nonlinier seperti efek Kerr, hamburan Raman tereksitasi, dan batasan ambang kerusakan kaca silika, serat konvensional seringkali tidak mampu mentransmisikan laser berdaya tinggi, sehingga sangat membatasi kepadatan daya yang dapat dikirimkan.
Munculnya serat berongga-inti (HCF) memberikan ide-ide baru untuk mengatasi masalah ini. Di fasilitas pelayanan kesehatan, lebih dari 99,99% cahaya terpandu terkonsentrasi pada inti yang berisi udara (atau vakum), melewati banyak keterbatasan inti silikon padat atau serat optik konvensional.
Pada tahun 2022 lalu, sebuah tim di Southampton, Inggris, berhasil mendemonstrasikan manfaat desain HCF yang baru, mentransmisikan 1kW cahaya inframerah dekat gelombang kontinu sepanjang 1 km, sepenuhnya menunjukkan potensi besar dari teknologi ini.
Dalam studi terbaru, tim memperluas jangkauan penerapan HCF dengan berhasil mentransmisikan pulsa laser 520 nm dengan daya puncak kilowatt melalui HCF 300-meter.
Terobosan ini tidak hanya memperluas kemampuan fasilitas pelayanan kesehatan pada panjang gelombang ramah lingkungan, namun juga penting untuk banyak aplikasi industri.
Namun, pengembangan fasilitas pelayanan kesehatan pada panjang gelombang tampak menghadapi tantangan fabrikasi karena fitur strukturalnya yang kecil. Untuk mengatasi tantangan ini, tim peneliti melakukan studi nonlinier komprehensif terhadap serat inti berongga jarak jauh yang dipompa.
Mereka menemukan bahwa efek nonlinier dari HCF lebih terasa di wilayah tampak dibandingkan dengan wilayah inframerah, yang disebabkan oleh berkurangnya ukuran inti dan pendeknya panjang gelombang operasi.
Serat inti berongga untuk transmisi daya laser hijau
HCF yang digunakan dalam pekerjaan ini menggunakan prinsip cahaya terpandu anti-resonansi. Cahaya yang dipandu dibatasi oleh serangkaian film kaca tipis yang mengelilingi inti serat. Desain ini diwujudkan melalui cincin tunggal yang terdiri dari tujuh kapiler kelongsong, tujuh lapisan kelongsong mencapai keseimbangan yang baik antara kehilangan, kehilangan tekukan, dan morfologi.
Serat dibuat menggunakan metode stack-and-stretch dengan kaca silika leburan Heraeus F300, dengan diameter inti sekitar 20,7 µm dan diameter medan mode 14,5 µm, dan mampu mengarahkan cahaya dari 515 nm hingga 618 nm dengan kerugian di bawah 30 dB/km.
Meskipun panjang serat yang dilaporkan adalah 300 meter, tim peneliti Southampton telah mampu menghasilkan beberapa kilometer serat dengan menggunakan proses tersebut.
Serat juga relatif tidak sensitif terhadap kehilangan tekukan, yang kurang dari 0.1 dB/m untuk tekukan dengan diameter lebih besar dari 13 cm pada panjang gelombang operasi 520 nm.
Terobosan ini memberikan dukungan teknologi utama untuk pemrosesan material dengan presisi tinggi dan efisiensi tinggi, terutama dalam penerapan laser ramah lingkungan.
Di masa depan, teknologi ini diharapkan dapat memainkan peran penting dalam industri seperti manufaktur kendaraan listrik, terutama pada aspek-aspek utama seperti produksi baterai.
