Sissejuhatus
Kiirema, tõhusama ja vastupidava optilise sidesüsteemide poole püüdlemiselõõnes südamik kiud (HCF) on kujunenud murrangulise uuendusena. Erinevalt traditsioonilistest tahketuumalistest optilistest kiududest, mis tuginevad valguse täielikule peegeldusele (TIR), kasutab HCF põhimõtteliselt erinevat mehhanismi-Valgusjuhised õhuga või gaasiga täidetud südamiku kaudu. See paradigma nihe pakub transformatiivseid eeliseid telekommunikatsiooni, sensori ja suure võimsusega laseri kohaletoimetamiseks.
1. Kuidas õõnes südamik kiud töötab
HCF -i struktuuril on amikrostruktureeritud katted ümbritseb keskne õõnes südam. Valgus levib läbi õhu südamiku kaudufotoonilise ribalaua juhendaminevõiresonanti peegeldav optilise lainejuhi (nool)mehhanismid. Need kujundused piiravad südamiku valgust, luues fotoonilise kristallvõre või kasutades hoolikalt konstrueeritud klaasist kapillaare, mis peegeldavad valgust sissepoole, minimeerides interaktsiooni klaasmaterjaliga.
2. peamised eelised tahkete tuumade kiudude võrreldes
a) ülimadala latentsus
Kerged reisid~ 30% kiiremÕhus (murdumisnäitaja n ≈ 1) võrreldes ränidioksiidiga (n ≈ 1,45), vähendades ülekande latentsusaja-kriitilist kõrgsagedusliku kauplemise ja 5G/6G võrkude jaoks.
(b) vähenenud mittelineaarsed mõjud
With >99% õhuga piiratud valgusest, mittelineaarsed efektid, mis võimaldavad suuremat jõuülekannet ja puhtama signaali terviklikkust.
c) väiksem sumbumine konkreetsetes ribades
Hiljutised HCF -i disainilahendused saavutavad<0.5 dB/km loss at 2 µm wavelength, edestades tavapäraseid kiudude keskmise infrapuna-ideaalis spektroskoopia ja meditsiiniliste rakenduste jaoks.
d) immuunsus kiirguse ja temperatuuri kõikumiste suhtes
Õhutuumade levik minimeerib klaasiga seotud lagunemist, muutes HCF-i sobivaks lennunduse, tuumarajatiste ja ekstreemsete keskkondade jaoks.
3. rakendused tööstusharude ümberkorraldamiseks
Telekommunikatsioonivõrgud: HCF -i madal latentsus ja mittelineaarsuse mahasurumine suurendavad allveelaevakaableid ja andmekeskuse ühendusi.
Kvantside: Võimaldab pikamaa takerdumise jaotust, säilitades footoni sidususe.
Suure võimsusega laserid: Kilovatt-taseme laserimpulssid tööstusliku lõikamise ja termotuumasünteesi uurimiseks ilma kiu kahjustusteta.
Gaasitavandus: Õõnes südamikku saab täita analüütidega, et reaalajas jälgida gaasi tuvastamist.
4. väljakutsed ja tulevased suunad
Kuigi HCF omab tohutut lubadust, jäävad peamised tõkked:
Tootmise keerukus: Mikrostruktuuri geomeetria täpne juhtimine nõuab täiustatud valmistamise tehnikaid.
Painutus tundlikkus: HCF-i varased disainilahendused kannatasid kõrgema paindekao tõttu, ehkki hiljutised resonantsvastased kiud näitavad paremat vastupidavust.
Maksumus: Tootmise skaleerimine tavapäraste kiududega konkureerimiseks nõuab täiendavaid teadus- ja arendustegevuse investeeringuid.
Pidev uurimistöö keskendub HCF-i operatiivse ribalaiuse laiendamisele, sidumise efektiivsuse parandamisele olemasoleva kiu infrastruktuuriga ja hübriidkujunduste väljatöötamisele multifunktsionaalsete rakenduste jaoks.
Järeldus
Õõnes tuumakiud tähistab optilise lainejuhi tehnoloogia hüpet, käsitledes traditsiooniliste kiudude kriitilisi piiranguid, vabastades samal ajal uued võimalused. Kuna valmistamise tehnikad küpsed ja kommertsialiseerumine kiireneb, on HCF valmis optilise suhtluse, sensori ja pärast seda uuesti määratlema. Inseneride ja teadlaste jaoks ei ole see pelgalt järkjärguline täiustamine-see on ümbermõtestamine, kuidas valgust saab järgmise põlvkonna fotooniliste süsteemide jaoks kasutada.