在近日舉(ju) 辦的“第19屆中國國際光電博覽會(hui) ”上，亨通宣布在特種光纖領域再次突破，推出了三大係列摻鐿激光光纖產(chan) 品。“以激光光纖為(wei) 代表的特種光纖是技術研發的前沿領域，體(ti) 現了公司的技術實力和話語權，同時也帶來了新的利潤增點。為(wei) 此盡管挑戰很大，亨通依舊下定決(jue) 心攻克這一技術難關(guan) ，並且取得了成功。”江蘇亨通光纖科技有限公司總工程師陳偉(wei) 博士表示。

光纖激光器前景誘人

近年來，隨著“中國製造2025”戰略的推進，我國工業(ye) 生產(chan) 的自動化和智能化水平日益提高，同時工業(ye) 生產(chan) 過程的精準度和產(chan) 品質量也越來越高，這其中光纖激光器發揮了重要作用。

簡單來說，光纖激光器可以產(chan) 生和發射激光，而許多工業(ye) 領域都離不開光纖激光器及其產(chan) 生的激光：在民用領域，光纖激光器可以用於(yu) 包裝盒打標，例如在礦泉水瓶上用激光打標生產(chan) 日期，具有不可塗改、不易刮擦的優(you) 點；在工業(ye) 領域，光纖激光器可用於(yu) 鋼板切割，能夠提高工業(ye) 生產(chan) 的精準度；在軍(jun) 事領域，光纖激光器可用於(yu) 空間對抗和作戰。

應用領域廣泛的光纖激光器已經嶄露出了良好的增長潛力。陳偉(wei) 表示，截至目前激光器已經有三代產(chan) 品問世——氣體(ti) 激光器、染料激光器和固體(ti) 激光器，其中光纖激光器屬於(yu) 固體(ti) 激光器的一種，屬於(yu) 第三代激光器，並且大有取代前兩(liang) 代激光器的趨勢。陳偉(wei) 介紹，2010年，光纖激光器在整個(ge) 激光器市場中的占比不到10%，2015年這一比例上升至50%，發展勢頭相當迅猛，中國的光纖激光器年增長率更是接近80%。而在這一領域相對壟斷的美國IPG公司，其年複合增長率達到了38%。

光纖激光器前景如此誘人，但是我國的高端摻鐿激光光纖的質量與(yu) 可靠性情況卻並不樂(le) 觀。雖然我國也有企業(ye) 通過收購等方式進入激光光纖市場，但是高端的激光光纖產(chan) 品，尤其是千瓦級產(chan) 品都依賴於(yu) 進口。

“要想生產(chan) 出質量合格的光纖激光器產(chan) 品，就需要從(cong) 預製棒開始，全麵攻克硬件設備、加工工藝等，這樣才能生產(chan) 出既能產(chan) 生、又能傳(chuan) 輸激光的多功能一體(ti) 光纖，其中的難度不言而喻。”陳偉(wei) 表示，“亨通潛心研發，用了短短兩(liang) 年時間實現了技術突破，目前激光光纖產(chan) 品成功進行商用。”

從(cong) 材質到工藝，激光光纖要求大不同

江蘇亨通光纖科技有限公司研發經理朱永剛博士介紹，此次亨通推出的是摻鐿激光光纖。作為(wei) 光纖激光器的核心部件，摻鐿激光光纖的基本原理是，用半導體(ti) 泵浦光，再將光耦合到摻鐿光纖，其中的稀土鐿能夠實現激光從(cong) 低能級躍遷到高能級，再從(cong) 高能級躍遷回低能級的轉變，在躍遷過程中產(chan) 生的光，通過光纖光柵等放大，最後產(chan) 生激光並輸出。

談起摻鐿激光光纖與(yu) 傳(chuan) 統光纖的最大區別，朱永剛表示，摻鐿光纖不僅(jin) 傳(chuan) 輸光，而且產(chan) 生和放大光，而傳(chuan) 統的光纖隻是簡單地傳(chuan) 輸。因此，如果將傳(chuan) 統光纖稱為(wei) 被動光纖和無源光纖，那麽(me) 摻鐿光纖就是主動光纖和有源光纖。

朱永剛表示，與(yu) 普通光纖相比，摻鐿光纖在產(chan) 品構成的各個(ge) 層麵都有特別的技術需求，種種需求疊加，就構成了摻鐿激光光纖高高的技術門檻。

朱永剛介紹，摻鐿激光光纖由纖芯、內(nei) 包層、外包層、塗層構成。其中，纖芯層是摻鐿激光光纖的核心部件，這一層需要摻加高濃度的鐿稀土元素，而為(wei) 了保證鐿元素的濃度，還需要摻雜其他元素。此外，激光功率高，功率密度大，時日長久會(hui) 出現光子暗化的現象，需要摻雜其他元素從(cong) 而抑製暗化現象。這就意味著除了鐿之外，摻鐿激光光纖還需要摻雜其他兩(liang) 種元素，其比例設置、濃度配比，以及如何摻加、生產(chan) 的溫度控製等都是複雜的工藝。而纖芯是由預製棒拉絲(si) 而來的，為(wei) 此需要從(cong) 預製棒環節解決(jue) 原材料問題，並切實提高拉絲(si) 工藝。

內(nei) 包層是摻鐿激光光纖獨特的構成部分。與(yu) 通信光纖的光隻在纖芯傳(chuan) 播所不同，激光光纖的光還在內(nei) 包層傳(chuan) 輸。因為(wei) 泵浦光具有大功率、形狀發散的特點，而傳(chuan) 統的光纖纖芯非常細，發散的大功率激光很難耦合進去。20世紀90年代，一位美國教授提出了雙包層的概念，將泵浦光耦合到內(nei) 包層，與(yu) 直徑10微米的纖芯相比，直徑達125微米、250微米、400微米的內(nei) 包層能夠很好地滿足傳(chuan) 輸分散型激光的需求。

除了內(nei) 包層功能特殊之外，其形狀也與(yu) 傳(chuan) 統的通信光纖有所不同。朱永剛表示，傳(chuan) 統的通信光纖截麵為(wei) 規則圓形。對於(yu) 螺旋激光等特殊激光而言，如果在對稱的圓形載體(ti) 中傳(chuan) 輸，那麽(me) 其無論如何都不會(hui) 進入纖芯層，也不會(hui) 被稀土元素所吸收，這就產(chan) 生了浪費。為(wei) 了減少浪費，業(ye) 界經過多年探索最後達成共識：將包層做成八邊形結構。

到了光纖的最外層——塗層，摻鐿激光光纖也與(yu) 普通光纖有所不同。普通光纖的塗層無法束縛住光，一旦激光到了內(nei) 包層和塗層的界麵處就會(hui) 散射出去，因此激光光纖的塗層采用低色散塗料，能將激光束縛在內(nei) 包層。

推出3個(ge) 係列摻鐿激光光纖

從(cong) 纖芯層到塗層的不同，決(jue) 定了摻鐿激光光纖的難度。亨通從(cong) 材料上全麵突破，從(cong) 工藝上采用了全新的氣相沉積法，解決(jue) 了摻鐿激光光纖的諸多技術難題。此次展會(hui) 上，亨通帶來了3個(ge) 係列摻鐿激光光纖產(chan) 品。

首先是10瓦-20瓦級產(chan) 品，其特點是吸收一致性好、非線性效應低、轉化效率高，具有低數值孔徑的大模麵積和零光子暗化效應，適用於(yu) 民用打標、電子元器件、電工電氣和集成電路生產(chan) 等領域。

其次是百瓦級產(chan) 品，具有大芯包比、大模場麵積、低非線性效應的特點，吸收一致性好，零光子暗化效應和高功率泵浦等特點，適用於(yu) 小型切割焊接等。

最後是千瓦級產(chan) 品，具有大直徑、泵浦光高效耦合、高激光承載功率、低NA大模場麵積、低非線性效應、高轉化效率等特點，可適用於(yu) 汽車製造和大型輪機製造等大型切割焊接等場景。

朱永剛表示，由於(yu) 是新產(chan) 品問世，因此也有一個(ge) 與(yu) 客戶不斷溝通和改進產(chan) 品的過程。他也坦言，摻鐿光纖起初價(jia) 格較高，但是亨通將做出好產(chan) 品、滿足客戶需求放在首位，下一步將致力於(yu) 降低成本。“激光光纖體(ti) 現了公司的技術實力和行業(ye) 話語權，也代表了新的利潤增長點，因此亨通立誌拿下這一市場，並實現摻鐿激光光纖的國產(chan) 化和產(chan) 業(ye) 化。”