亨通推出掺镱激光光纤

2017-09-13 15:35:57  来源: 通信世界  作者:  点击:   放大字体  缩小字体 0
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【大比特导读】在光纤光缆领域,特种光纤因为技术难度大、生产工艺复杂、产品附加值较高,而被视为金字塔的塔尖,也因此成为众多光纤厂商重兵布局,以期拿下的技术制高点。

亨通推出掺镱激光光纤

在光纤光缆领域,特种光纤因为技术难度大、生产工艺复杂、产品附加值较高,而被视为金字塔的塔尖,也因此成为众多光纤厂商重兵布局,以期拿下的技术制高点。

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。”

 

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