项目名称：高增益玻璃光纤与单频光纤激光器商品化制备成套技术及其应用

推荐单位：教育部 

项目简介：

我国光纤及光纤器件产量处于世界前列，但多为中低端产品，高端市场被国外公司垄断，特种光纤列为美国对华高科技出口管制清单，实行严格技术封锁。随着高清电视、三网融合、网络电视等新兴服务业发展，目前单信道最大传输容量40Gbt/s已不能满足需求。提高通信容量需用相干技术，激光光谱线宽越窄，相干性越好，通信容量越大（可提高3个数量级），传感与探测的精度越高（可提高2个数量级）。然而随着线宽变窄，功率降低、噪声增大，光纤激光的单频性能严重劣化，从光纤材料源头解决问题已是国际同行的共识，为此研发高增益、低损耗的新型光纤材料成为研究热点。

光纤的增益源于纤芯中掺杂的稀土发光离子，稀土掺杂浓度和发光强度影响着光纤增益系数。国内外同行从商用石英光纤（SiO2含量超过98%）的掺杂入手，但因稀土氧化物与SiO2存在分相，掺杂浓度不高于0.8wt%，增益始终未突破1dB/cm。后来美国的NP Photonics、Kigre、日本Hoya和德国Schott等国际著名公司，纷纷开展多组分激光玻璃研发工作，但至今仅NP Photonics公司拉制出稀土掺杂磷酸盐玻璃光纤，实现了单频光纤激光器的商品化，但对外只出售激光器产品，禁售光纤。并且在本发明前，该光纤还仍存在增益较低的缺点。

受高技术领域发展与市场需求的双重牵引，经近十年的不懈努力，突破了高浓度稀土掺杂和高效发光、多组分激光玻璃高品质熔制与光纤预制棒制作及低噪声、高功率单频光纤激光器开发等技术瓶颈，形成了如下技术发明：

发明点一：揭示了稀土离子与玻璃基质相互作用对发光的影响规律，建立了稀土发光强度与玻璃最大能量声子密度的理论模型，发明了激光玻璃组分优化技术，熔制出高浓度稀土掺杂的磷酸盐激光玻璃，掺杂浓度比石英玻璃高16倍。

发明点二：发明了一种芯/包界面热熔键合制备玻璃光纤预制棒技术，并开发了相应的配套设备，拉制出目前已知最高增益系数磷酸盐玻璃光纤。

发明点三：发明了可控稳态温度梯度场熔接技术，实现了磷酸盐玻璃光纤与石英光纤光栅的熔接，设计并构建了短腔型激光谐振腔，发明了低噪声高功率单频光纤激光器，开发出专用检测仪器并建立了质量保障体系。

项目从材料设计、制备到器件，成果全部转化并在光越科技（深圳）公司实现单频光纤激光器的商品化生产，第三方检测数据显示，产品的功率、线宽和信噪比等关键指标优与国外同类产品，近三年累计新增销售7519万元。

单频光纤激光器产品已成功应用于激光相干合成、激光雷达及大气探测等国家重大工程，为构建卫星和航天器发射、常规及战略武器试验平台做出重要贡献。项目成果打破了国外的技术封锁，实现了从石英光纤到高增益多组分玻璃光纤跨域式发展，极大地拓展应用领域，对光电信息材料与器件的发展具有重要推动作用。

项目获发明专利授权5项与软件著作权3项。获教育部与广东省一等奖各1项，并先后获国内、国际各类奖项4项。发表SCI收录论文30余篇，培养研究生15人，创建了多组分玻璃光纤与器件研发平台。

主要完成人及贡献：