中国实现2kW激光超长距全光纤传输，创国际首次纪录
10月16日消息，据科技日报报道，国防科技大学南湖之光实验室联合相关科研团队近日取得一项重大突破，首次利用空芯光纤实现了2千瓦高功率激光在2.45公里超长距离下的全光纤化高效稳定传输。这一成果标志着高功率远程传能空芯光纤技术正式从原理探索阶段迈入工程应用新纪元。相关研究成果已发表于国际权威期刊《自然·通讯》。
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当前工业领域对高功率激光柔性远程传输的需求日益迫切。然而传统实芯光纤在高功率传输时存在明显局限性——当输出功率为5千瓦时，其有效传输距离仅有20米；功率提升至8千瓦时，传输距离更会急剧缩短至3米，难以满足工业应用对长距离传输的要求。相比之下，空芯光纤具备低时延、低损耗、低非线性系数等显著优势。但现有空芯光纤高功率激光传输系统大多依赖透镜等光学元件，这些元件易受环境扰动影响，导致系统稳定性较差。因此，发展全光纤化耦合技术成为构建稳定、紧凑且实用化空芯光纤激光系统的关键突破口。
为解决这一技术难题，南湖之光实验室联合科研团队开展了系统性攻关。论文第一作者石璟博士介绍，团队创新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，并成功拉制出超低损耗空芯光纤。在此基础上，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等关键技术，在国际上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。在这一传输过程中，输出激光保持了近衍射极限的光束质量，其全光纤化传输功率和距离均达到国际最高水平。
尽管目前2.45公里的传输距离受限于现有光纤长度，但石璟博士表示，依托团队发展的核心技术，未来有望实现更远距离的高效激光传输。论文通讯作者陈子伦教授指出，超低损耗空芯光纤的有效柔性传输距离相较于传统实芯光纤提升了两个数量级，这为工业领域远程激光柔性传输的工程应用提供了有力支撑，并有望在多个领域实现广泛应用。例如在工业加工中，面对高危作业环境，远程激光柔性传输能够扩大工作人员与加工区域的安全距离，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"创造了可能。
需要指出的是，现阶段空芯光纤的制造成本显著高于传统光纤，这主要是由于其仍处于产业化初期，工艺复杂且良品率有待提升。陈子伦教授表示，随着技术路线的逐步成熟、生产规模的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，从而为其在特定高价值场景中的规模化应用创造条件。未来，研究团队将继续优化光纤结构，提升空芯光纤耦合效率，同时探索传输功率和距离的进一步提升，并拓展其在更广泛场景中的应用潜力。
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