长飞公司：光纤激光器用光纤与器件解决方案--特种无源光纤

3/12/2018,随着中国制造业的快速发展，光纤激光器市场迅猛增长。在工业加工领域，激光波长为1μm的掺镱光纤激光器具有非常广泛的应用，如激光打标、激光焊接、激光切割等。在光纤激光器系统中，除了核心的有源光纤之外，还涉及到多种无源光纤，例如光纤光栅、光纤隔离器中的无源匹配光纤，光纤合束器中的无源匹配光纤和无源多模大芯径能量耦合光纤，激光传能组件中的无源多模大芯径传能光纤等各类无源光纤。
 


图1是光纤合束器模型示意图，以某合束器为例，其中1、2光纤匹配使用，类型分别为105/125-0.22NA；200/220-0.22NA；3、4光纤匹配使用，类型分别为：10/130-0.08NA；20/130-0.075NA；以上4类光纤均为特种无源光纤。

一、长飞特种无源光纤产品
   长飞光纤光缆股份有限公司(以下简称长飞公司)，经过多年的技术积淀、平台建设和产品研发，基于MCVD平台，在国内首次采用CDS螯合物和铝磷镱三元体系掺杂工艺，成功开发出定位于低功率光纤激光器的125μm系列大模场双包层掺镱光纤和定位于中高功率光纤激光器的20/400系列双包层掺镱光纤。与此同时，长飞公司基于独特的PCVD核心技术，还成功开发了一系列无源匹配光纤和大芯径光纤。

   通常光纤激光器具有良好的光束质量，其光束质量M2一般小于1.5，同时高功率激光传输还要求光纤需具备较大的模场面积，这都对激光在光纤内传播模式提出了要求。因此，无源匹配光纤的纤芯直径、数值孔径等关键波导参数需要控制的非常精确，从而达到对光纤模式的精确控制。PCVD工艺的主要优势之一，就是能够实现对光纤波导参数的精确控制。在此基础上，长飞公司通过大棒工艺路线，有效的实现了光纤优异的几何指标和批次一致性。为了有效地提高泵浦光的利用率，长飞公司研发生产的无源匹配光纤具有优良的双包层结构，并通过特殊的低折射率涂料实现了高达0.46以上的数值孔径（NA），在苛刻环境下，仍具有良好的机械与环境可靠性。本系列主要产品型号见表1。


二、长飞特种无源光纤产品参数
   长飞公司的无源匹配光纤具有良好的几何指标，如130系列光纤的芯包同心度小于0.7μm，250和400系列光纤的芯包同心度小于2μm，包层不圆度均小于0.5%。良好的几何参数能够有效的保证光纤的接续质量和器件的生产效率。



   长飞公司的无源匹配光纤具有如下优势：一、兼容长飞公司有源光纤，熔接损耗低（10/130系列无源匹配光纤与相应型号的有源光纤熔接损耗小于0.15dB@1310nm）；二、出射激光光束质量M2¬¬¬¬¬可达到1.1；三、具有良好的机械性能，动态疲劳参数（nd）达到25以上，拉断力达到5GPa以上；四、可靠性高，采用自研的高可靠性的涂料技术，剥离力在1.6N~3.2N之间，并通过了严苛的高压水煮实验（126℃，1.5个大气压，8小时）。
   长飞公司的无源匹配光纤已经通过了国内数家器件厂家的验证，表现出了良好的性能指标，采用长飞公司的10/130系列无源匹配光纤所制备的器件光纤合束器与光纤光栅均已通过相关可靠性验证，指标均符合实验设计要求，如表3所示。



   另一方面，在泵浦光源的输出端、合束器以及在光纤激光器的输出端，需要用到大芯径及较高数值孔径的光纤。长飞公司利用PCVD工艺，实现了高浓度的氟（F）掺杂，成功制备了NA达到0.22的光纤预制棒。结合涂料技术和大尺寸光纤拉丝技术，成功实现了一系列的多模大芯径传能光纤产品，比如105/125-0.22NA，200/220-0.22NA等型号。并已成功应用于高功率光纤合束器及传能组件等场合。



三、展望
   同有源光纤一样，特种无源光纤也是光纤激光器中的关键部分。国内光纤激光器产业正处于高速发展时期，对高端特种光纤国产化的需求明确并且日益增强。随着激光器功率的不断提高，对于光纤的性能要求也越来越高，掌握核心的光纤设计技术、光纤预制棒制备技术、特种涂料技术、光纤拉丝技术和光纤测试技术，是实现高可靠性无源特种光纤的必备保障，也是长飞公司的优势所在。长飞公司将全力支持光纤激光器产业的发展，不遗余力地满足客户需求，为特种光纤国产化而不断努力。