长飞特种光纤系列之八--光纤激光器全系列无源光纤

3/19/2019,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 光纤激光器模型
   如图1所示是某类常用光纤激光器原理图，其中泵浦尾纤，常用的无源光纤型号有105/125-0.22NA、135/155-0.22NA 和200/220-0.22NA等；无源匹配光纤，其型号与所匹配的有源光纤型号相对应，常用的有：10/130-0.08NA、20/130-0.08NA、14/250-0.07 NA和20/400-0.065 NA等。

一、长飞全系列无源光纤产品
   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改进，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14/250、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。长飞公司无源光纤产品的技术特点在于：
1)发挥PCVD工艺优势，实现对光纤波导参数的精确控制；
2)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；
3)光纤低折射率涂层具有良好的可靠性，有效的实现了双包层光纤结构，有利于提高泵浦光的利用率，并使得在苛刻环境下，光纤仍具有良好的机械与环境可靠性。

二、长飞公司特种无源光纤产品的指标与性能
   长飞公司全系列的无源匹配光纤产品，覆盖了纤芯直径从10μm到35μm、内包层直径从130μm到400μm的几乎所有的主流型号，完全可以满足不同功率级别的各种器件的制备对核心光纤物资的需求。表1列举了长飞公司主流型号的无源匹配光纤的产品指标。



长飞公司的无源匹配光纤具有如下优势：
1)完全兼容主流型号的有源光纤，熔接损耗低；
2)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；
3)光纤可靠性高，通过采用高可靠性的涂料技术，使得光纤的剥离力在1.6N~3.2N的合适区间，并通过了严苛的高压水煮实验（126℃，1.5个大气压，24小时）测试包层传输效率结果见表2：



   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。例如，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，见表3：



   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135/155-0.22NA、100/120/360-0.22NA和200/220/360-0.22NA等型号，并已成功应用于高功率泵浦尾纤、QBH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。