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光学博览
突围国外技术封锁 长进激光推出高性能特种光纤

新冠疫情的阴云尚未彻底消散,美国对中国的技术封锁也越来越严。紧接着34万亿“大基建”上马,寄托了对国家经济振兴的期许。在近期的全国两会上,政府工作报告中明确表明:加强新型基础设施建设,发展新一代信息网络,以及拓展5G应用。只需稍加留意便能发现,这次“大基建”的主角们不再是传统的公路、高铁、桥梁建设,而是5G、人工智能、工业互联网、智慧城市、智慧医疗等数字信息化新产业。

从5G开启万物互联的美好愿景,到全国各省市“大基建”的进一步落地,都离不开对信息网的建设。而随着数字化、网络智能化的继续发展,一个更加多元化的信息市场也将随之到来。同时,随着 2035“材料强国”发展战略规划的提出和我国智能制造技术产业的急剧发展,光纤激光凭借着高亮度高稳定性必将成为未来高端制造领域、国家安全领域不可或缺的保障力量。

光纤市场需求激增 特种光纤制备难度更高

对于更加信息化的未来,不论是5G承载网的层层铺开,或是数据中心的大力建设,以及工业互联网的逐步到来,都需要使用大量光纤光缆。单看5G超密集组网的网络建设,就包括了宏站、数字化室内分布、小微基站等等,这些环节均需要消耗巨量光纤光缆资源。根据相关机构预测,2020年国内光纤需求总量将达到4.3亿芯公里,同比增长超过12%。

近年来,随着国内市场需求不断高涨,国内厂商在光纤制造工艺技术上突破连连,就连早些年的关键掣肘光纤预制棒制作环节也被成功攻克。然而,在技术难度更高的特种光纤领域,国内仍旧面临着不小的挑战。

由于中美贸易争端的影响,美国正不断加强对国内的技术封锁。如今,特种光纤已经被美国列入对华高科技出口管制的20种产品清单当中。然而,即便身陷困难处境,仍有少数国内厂商在国外的垄断封锁之下成功突围,为特种光纤的国产替代作出不少贡献,长进激光便是其中备受瞩目的一家。

虽然特种光纤的市场需求量无法与传输光纤相比,但因其特殊的产品性能,有着极强的不可替代性,是诸多下游产品的核心元件,被广泛应用在通信、加工、医疗、航空航天、石油化工等领域。与传输光纤相比,特种光纤的制备工艺更加复杂,主要体现在特种光纤是由各种稀土离子掺杂,一般用于特定波长,其纤芯基质、结构设计、工艺、光学性能和环境特性都很特殊。目前,国产特种光纤主要包括1.0μm掺镱光纤,1.5μm掺铒光纤和铒镱共掺光纤,2.0μm掺铥光纤,保偏有源光纤,大模场低NA有源光纤,以及抗辐照保偏有源光纤等。

攻克技术难关 独家研发多种掺铒及铒镱共掺光纤

作为国内知名的特种光纤厂商之一,长进激光一直专注于对各类特种光纤的研发,目前已经推出了包括掺镱有源光纤、掺铒有源光纤、铒镱共掺光纤、有源保偏光纤等各类特种光纤,并成为锐科,杰普特等国内知名厂商稳定的供货商。

另外,经过长期技术攻关,长进激光研发出了多种型号放大掺铒光纤及保偏掺铒光纤,在行业内引起了强烈反响,打破了国外的技术垄断。此外,长进激光开发出系列性能优异的保偏铒镱共掺光纤,CJEYDF-PM-10/125, CJEYDF-PM-25/300。该光纤具有具有优异的光束质量、高斜率效率以及很好的保偏性能,达到进口光纤水平,广泛用于激光测距激光雷达中。

图1、铒镱共掺及铒镱共掺保偏光纤


攻克技术难关 独家研发出锥形光纤、高斯掺杂光纤及高功率保偏光纤

为了进一步解决高功率光纤中非线性效应和MI阈值低的问题,长进激光技术有限公司研发出了多种单锥型及双锥型光纤,同时能够保持高的光束质量。锥形光纤通过改变芯包比来匀化有源光纤热负载来提升光纤的模式不稳定阈值,同时通过渐变增大纤芯尺寸来提高受激拉曼散射和受激布里渊散射阈值。其中光纤芯包比和锥区比可定制。

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图3、单锥光纤及双锥光纤结构图

在高功率窄线光纤应用中需要保偏光纤来实现线偏振激光放大,武汉长进激光技术有限公司在普通20/400掺镱光纤基础上研发出具有高双折射系数的有源保偏光纤及相关的匹配无源光纤。该光纤具有具有高光束质量、高斜率效率及良好的保偏性能,达到进口光纤水平,可用于窄线宽放大、光谱合束等高功率光纤激光系统中。

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图4、 20/400保偏掺镱石英光纤截面图

突破特种光纤瓶颈具有深远意义

目前,国内在特种光纤领域形成规模的厂商仍旧较少,产能不足的情况十分严重,特别是仍有部分特种光纤预制棒仍依赖进口。针对国内特种光纤领域急需突围的现状,《中国光电子器件产业技术发展路线图(2018-2022年)》中已经为作出了规划,并明确在2022年实现EDFA用EDF国产化,中低功率光纤激光器用双包层YDF国产化率超过50%,国产器件用PMF市场占有率超过50%等等。

目前,长进激光与华中科技大学等研究机构和包括锐科,杰普特等国内优秀激光器厂商达成合作,携手共同应对国外封锁下的技术挑战,实现更高程度的技术自主。

图5、武汉长进激光有限公司

虽然特种光纤的市场总体市场份额不算很大,但它却发挥着举足轻重的作用,与众多高新技术应用紧密相关。因此,在特种光纤方面的突破不仅填补了国内技术缺口,也有利于提升其他高精科技的发展,具有非常深远的意义。长进激光自成立以来,一直致力于打破国外厂商的垄断、加速国产替代进程,为产业链贡献一份力量。