在近日举办的“第19届中国国际光电博览会”上，亨通宣布在特种光纤领域再次突破，推出了三大系列掺镱激光光纤产品。“以激光光纤为代表的特种光纤是技术研发的前沿领域，体现了公司的技术实力和话语权，同时也带来了新的利润增点。为此尽管挑战很大，亨通依旧下定决心攻克这一技术难关，并且取得了成功。”江苏亨通光纤科技有限公司总工程师陈伟博士表示。

光纤激光器前景诱人

近年来，随着“中国制造2025”战略的推进，我国工业生产的自动化和智能化水平日益提高，同时工业生产过程的精准度和产品质量也越来越高，这其中光纤激光器发挥了重要作用。

简单来说，光纤激光器可以产生和发射激光，而许多工业领域都离不开光纤激光器及其产生的激光：在民用领域，光纤激光器可以用于包装盒打标，例如在矿泉水瓶上用激光打标生产日期，具有不可涂改、不易刮擦的优点；在工业领域，光纤激光器可用于钢板切割，能够提高工业生产的精准度；在军事领域，光纤激光器可用于空间对抗和作战。

应用领域广泛的光纤激光器已经崭露出了良好的增长潜力。陈伟表示，截至目前激光器已经有三代产品问世——气体激光器、染料激光器和固体激光器，其中光纤激光器属于固体激光器的一种，属于第三代激光器，并且大有取代前两代激光器的趋势。陈伟介绍，2010年，光纤激光器在整个激光器市场中的占比不到10%，2015年这一比例上升至50%，发展势头相当迅猛，中国的光纤激光器年增长率更是接近80%。而在这一领域相对垄断的美国IPG公司，其年复合增长率达到了38%。

光纤激光器前景如此诱人，但是我国的高端掺镱激光光纤的质量与可靠性情况却并不乐观。虽然我国也有企业通过收购等方式进入激光光纤市场，但是高端的激光光纤产品，尤其是千瓦级产品都依赖于进口。

“要想生产出质量合格的光纤激光器产品，就需要从预制棒开始，全面攻克硬件设备、加工工艺等，这样才能生产出既能产生、又能传输激光的多功能一体光纤，其中的难度不言而喻。”陈伟表示，“亨通潜心研发，用了短短两年时间实现了技术突破，目前激光光纤产品成功进行商用。”

从材质到工艺，激光光纤要求大不同

江苏亨通光纤科技有限公司研发经理朱永刚博士介绍，此次亨通推出的是掺镱激光光纤。作为光纤激光器的核心部件，掺镱激光光纤的基本原理是，用半导体泵浦光，再将光耦合到掺镱光纤，其中的稀土镱能够实现激光从低能级跃迁到高能级，再从高能级跃迁回低能级的转变，在跃迁过程中产生的光，通过光纤光栅等放大，最后产生激光并输出。

谈起掺镱激光光纤与传统光纤的最大区别，朱永刚表示，掺镱光纤不仅传输光，而且产生和放大光，而传统的光纤只是简单地传输。因此，如果将传统光纤称为被动光纤和无源光纤，那么掺镱光纤就是主动光纤和有源光纤。

朱永刚表示，与普通光纤相比，掺镱光纤在产品构成的各个层面都有特别的技术需求，种种需求叠加，就构成了掺镱激光光纤高高的技术门槛。

朱永刚介绍，掺镱激光光纤由纤芯、内包层、外包层、涂层构成。其中，纤芯层是掺镱激光光纤的核心部件，这一层需要掺加高浓度的镱稀土元素，而为了保证镱元素的浓度，还需要掺杂其他元素。此外，激光功率高，功率密度大，时日长久会出现光子暗化的现象，需要掺杂其他元素从而抑制暗化现象。这就意味着除了镱之外，掺镱激光光纤还需要掺杂其他两种元素，其比例设置、浓度配比，以及如何掺加、生产的温度控制等都是复杂的工艺。而纤芯是由预制棒拉丝而来的，为此需要从预制棒环节解决原材料问题，并切实提高拉丝工艺。

内包层是掺镱激光光纤独特的构成部分。与通信光纤的光只在纤芯传播所不同，激光光纤的光还在内包层传输。因为泵浦光具有大功率、形状发散的特点，而传统的光纤纤芯非常细，发散的大功率激光很难耦合进去。20世纪90年代，一位美国教授提出了双包层的概念，将泵浦光耦合到内包层，与直径10微米的纤芯相比，直径达125微米、250微米、400微米的内包层能够很好地满足传输分散型激光的需求。

除了内包层功能特殊之外，其形状也与传统的通信光纤有所不同。朱永刚表示，传统的通信光纤截面为规则圆形。对于螺旋激光等特殊激光而言，如果在对称的圆形载体中传输，那么其无论如何都不会进入纤芯层，也不会被稀土元素所吸收，这就产生了浪费。为了减少浪费，业界经过多年探索最后达成共识：将包层做成八边形结构。

到了光纤的最外层——涂层，掺镱激光光纤也与普通光纤有所不同。普通光纤的涂层无法束缚住光，一旦激光到了内包层和涂层的界面处就会散射出去，因此激光光纤的涂层采用低色散涂料，能将激光束缚在内包层。

推出3个系列掺镱激光光纤

从纤芯层到涂层的不同，决定了掺镱激光光纤的难度。亨通从材料上全面突破，从工艺上采用了全新的气相沉积法，解决了掺镱激光光纤的诸多技术难题。此次展会上，亨通带来了3个系列掺镱激光光纤产品。

首先是10瓦-20瓦级产品，其特点是吸收一致性好、非线性效应低、转化效率高，具有低数值孔径的大模面积和零光子暗化效应，适用于民用打标、电子元器件、电工电气和集成电路生产等领域。

其次是百瓦级产品，具有大芯包比、大模场面积、低非线性效应的特点，吸收一致性好，零光子暗化效应和高功率泵浦等特点，适用于小型切割焊接等。

最后是千瓦级产品，具有大直径、泵浦光高效耦合、高激光承载功率、低NA大模场面积、低非线性效应、高转化效率等特点，可适用于汽车制造和大型轮机制造等大型切割焊接等场景。

朱永刚表示，由于是新产品问世，因此也有一个与客户不断沟通和改进产品的过程。他也坦言，掺镱光纤起初价格较高，但是亨通将做出好产品、满足客户需求放在首位，下一步将致力于降低成本。“激光光纤体现了公司的技术实力和行业话语权，也代表了新的利润增长点，因此亨通立志拿下这一市场，并实现掺镱激光光纤的国产化和产业化。”