CHLB ĐỨC – Bộ khuếch đại sợi quang (fibre amplifier) mang lại nhiều lợi thế so với các phương pháp khác trong lĩnh vực truyền thông quang không gian (space-based communication) (1). Vì vậy, Trung tâm Laser Hannover (LZH) đang phát triển các linh kiện sợi quang có khả năng chịu được những điều kiện khắc nghiệt của môi trường không gian, đồng thời cung cấp công suất laser vượt quá 100W.
(1) Space-based communication là hệ thống thông tin liên lạc sử dụng các phương tiện đặt trong không gian (chủ yếu là vệ tinh) để truyền tải dữ liệu, tín hiệu hoặc thông tin.

Bộ khuếch đại sợi quang – giải pháp phù hợp cho truyền thông không gian
Bộ khuếch đại sợi quang là bộ phận thực hiện chức năng đánh giá và điều khiển của cảm biến sợi quang (2). Thiết bị này truyền ánh sáng qua sợi thủy tinh hoặc sợi nhựa, sau đó phân tích lượng ánh sáng phản xạ hoặc bị gián đoạn để phát hiện đối tượng một cách chính xác.
(2) Cảm biến sợi quang (Fiber Optic Sensor) là loại cảm biến sử dụng ánh sáng truyền trong sợi quang để đo hoặc phát hiện các đại lượng vật lý như nhiệt độ, áp suất, biến dạng, rung động, vị trí hay sự hiện diện của vật thể.

Những hệ thống này đặc biệt phù hợp với các không gian lắp đặt hạn chế, môi trường nhiệt độ cao hoặc các ứng dụng không thể sử dụng cảm biến thông thường. Đặc biệt, đây là công nghệ rất phù hợp cho các ứng dụng trong không gian.

Nhờ ánh sáng được truyền dẫn bên trong sợi quang và hầu như không cần các bộ phận chuyển động, hệ thống có kích thước nhỏ gọn, độ bền cao và khả năng chống rung tốt. Đồng thời, bộ khuếch đại sợi quang còn tạo ra chùm tia laser có chất lượng cao với mức tiêu thụ năng lượng tương đối thấp, giúp dễ dàng tích hợp vào các hệ thống công nghệ không gian.

Xây dựng chuỗi cung ứng tại châu Âu
Để bộ khuếch đại sợi quang có thể hoạt động ổn định trong không gian suốt nhiều năm, các linh kiện của nó phải chịu được cả những tác động trong quá trình phóng lên quỹ đạo lẫn môi trường khắc nghiệt ngoài không gian. Sau khi được triển khai, việc sửa chữa hoặc thay thế gần như không thể thực hiện.

Ngoài ra, các linh kiện này còn phải đáp ứng yêu cầu tạo ra công suất laser trên 100W – một năng lực mà hiện nay chỉ có rất ít nhà cung cấp tại châu Âu đáp ứng được.

Thông qua dự án “High-Power Fibre Components for Laser Applications in Space” (tạm dịch là “Linh kiện sợi quang công suất cao cho các ứng dụng laser trong không gian”), trung tâm LZH đang tập trung phát triển thế hệ linh kiện sợi quang mới dành cho các hệ thống laser công suất cao trong không gian.

Để đạt mục tiêu này, các nhà khoa học của trung tâm LZH tiến hành phân tích và tối ưu hóa quy trình chế tạo linh kiện sợi quang. Họ đánh giá nhiều loại sợi quang, vật liệu kết dính và vật liệu chế tạo vỏ bảo vệ nhằm xác định những vật liệu phù hợp nhất cho môi trường không gian.

Linh kiện dành cho những điều kiện khắc nghiệt
Các linh kiện được phát triển trong dự án phải trải qua hàng loạt phép thử nghiêm ngặt nhằm bảo đảm đủ điều kiện hoạt động ngoài không gian.

Những phép thử này bao gồm khả năng chịu nhiệt độ cực cao và cực thấp, chu kỳ thay đổi nhiệt liên tục, môi trường chân không, rung động cơ học, tải trọng va đập cũng như bức xạ gamma. Trung tâm LZH cũng mô phỏng các điều kiện lưu trữ điển hình để đánh giá độ ổn định lâu dài của linh kiện.

Thông qua các thử nghiệm này, nhóm nghiên cứu có thể xác định những điểm yếu tiềm ẩn trong thiết kế hoặc quy trình sản xuất. Sau đó, các vấn đề sẽ được khắc phục trong vòng sản xuất tiếp theo nhằm nâng cao độ tin cậy của sản phẩm.

Mở rộng ứng dụng vượt ra ngoài lĩnh vực truyền thông
Kết quả của dự án được kỳ vọng sẽ tạo nền tảng cho quá trình chuyển giao công nghệ sang khu vực công nghiệp.

Mục tiêu dài hạn là xây dựng năng lực sản xuất công nghiệp các linh kiện sợi quang đạt tiêu chuẩn sử dụng trong không gian ngay tại châu Âu, qua đó giảm sự phụ thuộc vào các nguồn cung chiến lược từ bên ngoài.

Trong trung hạn, các linh kiện này còn mở ra nhiều ứng dụng mới cho laser công suất cao trong không gian. Một trong những hướng phát triển là các quy trình sản xuất bằng laser như hàn hoặc sản xuất chồng lớp được thực hiện trực tiếp ngoài không gian.

Bên cạnh đó, các linh kiện cũng có thể được ứng dụng trong các công nghệ lượng tử quang học, chẳng hạn như hệ thống phân phối khóa lượng tử (Quantum Key Distribution – QKD) (3), giúp truyền khóa mã hóa với khả năng chống nghe lén.
(3) Hệ thống phân phối khóa lượng tử (Quantum Key Distribution – QKD) là công nghệ trao đổi khóa mã hóa dựa trên các nguyên lý của cơ học lượng tử. Nhờ sử dụng các photon để truyền khóa, QKD có thể phát hiện mọi hành vi nghe lén trong quá trình truyền dữ liệu, qua đó mang lại mức độ bảo mật cao hơn so với các phương pháp phân phối khóa truyền thống.

Để xem các tin bài khác về “Bộ khuếch đại sợi quang”, hãy nhấn vào đây.

 

Nguồn: Hannover Messe