国际首次！我国实现 2kW 激光功率超长距离全光纤高效传输

IT之家 10 月 16 日消息，据科技日报报道，近日，国防科技大学南湖之光实验室联合相关单位科研团队取得重大科研成果，首次利用空芯光纤实现了 2kW 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，标志着高功率、远程传能空芯光纤技术从原理探索阶段正式迈向工程应用阶段。相关研究成果已刊发于国际权威期刊《自然・通讯》。

据IT之家了解，在工业领域，高功率激光柔性远距离传输的需求日益增长。然而，传统实芯光纤在高功率传输时存在诸多限制。当输出功率为 5kW 时，其传输距离仅为 20 米；功率提升至 8kW 时，传输距离更是急剧下降至仅 3 米，难以满足工业应用对长距离传输的需求。相比之下，空芯光纤具有低时延、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，这些元件易受环境影响，导致系统的稳定性较差。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。

为攻克这一难题，南湖之光实验室联合科研团队进行了深入研究。论文第一作者石婧博士介绍，团队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技术，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，输出激光维持了近衍射极限光束质量，其全光纤化传输功率和距离均达到了国际最高水平。

尽管目前 2.45 公里的传输距离受限于现有光纤长度，但石婧博士表示，依托所发展的技术，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，这为工业领域远距离激光柔性传输的工程应用提供了有力的技术支撑，并有望在多个领域得到广泛应用。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”提供了可能。

然而，现阶段空芯光纤的造价显著高于传统光纤，这主要是因为其仍处于产业化初期，工艺复杂且良品率有待提升。陈子伦表示，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，研究团队将进一步优化光纤结构，提高空芯光纤耦合效率，提升传输功率和长度，并探索其在更广泛场景中的应用。