国防科大南湖之光实验室突破：2kW激光2.45公里全光纤传输创全球新纪录

近日，国防科技大学南湖之光实验室联合长飞光坊（武汉）科技有限公司、光纤光缆先进制造与应用技术全国重点实验室等单位，在空芯光纤高功率激光传输领域取得重大突破。研究团队基于自主设计的反谐振空芯光纤（AR-HCF），首次实现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，传输效率达85.4%，光束质量因子（M²）维持近衍射极限的1.29。这一成果标志着我国在高功率、远程传能空芯光纤技术领域正式迈入工程应用阶段，相关研究发表于国际权威期刊《自然·通讯》。

突破传统瓶颈：空芯光纤破解高功率传输难题

传统实芯光纤在高功率激光传输中面临非线性效应与热损伤的双重限制。当输出功率提升至5kW时，实芯光纤传输距离仅约20米；功率达8kW时，传输距离更急剧缩短至3米，无法满足工业加工、核退役等领域的远程操作需求。研究团队创新采用反谐振空芯光纤，通过微结构包层将光场限制在空气纤芯中传播，使光场与石英玻璃的重叠度降至约10⁻⁵量级，显著降低光学非线性效应并提高损伤阈值。实验数据显示，该空芯光纤在1080nm波长处的传输损耗低至0.168 dB/km，为全球同类技术最低水平。

全光纤系统构建：攻克三大技术壁垒

为实现稳定高效的全光纤传输，团队突破了三项关键技术：

· 低损耗熔接技术：针对空芯光纤与实芯光纤的模场差异，研发五管双嵌套反谐振空芯光纤结构，通过仿真优化确定最佳参数（纤芯直径28μm、嵌套管厚度1.3μm），并采用抗反射涂层与熔接工艺优化，实现平均熔接损耗-0.17 dB、回波损耗-28.5 dB。
· 受激拉曼散射（SRS）抑制：首次发现空芯光纤石英包层的SRS现象，通过在激光源后接入啁啾倾斜布拉格光栅（CTFBG），有效遏制SRS在空芯光纤中的生成，使2.45公里传输后的光谱与激光源保持高度一致。
· 高功率端帽保护：在空芯光纤输出端熔接端帽，结合化学蚀刻制备的包层光剥离器（CLS）和定制光纤盘散热设计，确保系统在2400W输入功率下连续运行2小时，输出波动仅2.3%，关键部位温度控制良好。

工程应用前景：从高危作业到粒子加速

该技术为高功率激光的工业与科研应用开辟新路径。在工业加工领域，远程激光柔性传输可扩大操作人员与加工区域的安全距离，降低高危环境作业风险；在核退役场景中，远程切割放射性结构能显著减少辐射暴露；在石油勘探领域，该技术可实现更安全的地下激光钻井作业。此外，空芯光纤的低非线性特性为单频激光长距离传输提供了解决方案，其辐射压力效应还可用于构建公里级“飞行粒子传感器”，推动基础科学研究。

国际领先地位：柔性传输距离提升两个数量级

相较于传统实芯光纤，此次突破将有效柔性传输距离提升了两个数量级。研究团队负责人表示，未来将进一步优化光纤结构，探索更高功率（如5kW以上）与更长距离（如10公里级）的传输能力，并拓展其在量子光学、分布式传感等领域的应用。此次成果不仅彰显了我国在光纤激光技术领域的国际竞争力，更为全球高功率激光工程化应用提供了关键技术支撑。