获奖企业：武汉长盈通光电技术股份有限公司

申报产品

方形芯光纤

主要用途及该产品及服务的时长

方形芯光纤是一种特殊结构的传能光纤，主要应用于激光清洗、激光熔覆等方面。圆形芯光纤在当今的光纤制造行业中拥有较为成熟的工艺，但是随着市场应用领域的不断扩大，激光加工的精度要求不断提高，圆形光斑很难满足所有应用需求。这些应用领域需要方形或者矩形输出光斑，传统的方法得到这种光斑要通过复杂的光学系统进行光束整形，操作过程繁琐。方形芯光纤可以在纤芯内部完成由圆形光斑到方形光斑的转化，光束整形操作简单。此外，输出的均匀模场在某些应用上也会带给此类传能光纤独特的优势。

方形芯光纤半导体激光器耦合效率高、便于和合束器熔接、发光面光场的功率和形状的均匀性，是高端激光焊接、热处理及表面清洗等方面极有优势，是工业加工中的重要战略物资，对其原材料和技术的完全自主掌握十分重要。目前国内相关光纤主要由国外企业垄断，特别是近期国际贸易保护主义的兴起，对我国先进的制造装备等构成了一定安全隐患。

圆形芯光纤输出的圆形光斑在表面处理的时候会因为其光斑限制导致材料的边角区域熔化不完全，造成加工缺陷，如图1（a）所示。方形光斑可以对材料表面进行规则加工，如图1（b）所示，这种加工方式可以提高精度，降低原材料成本。

方形芯光纤在激光切割领域可以减少材料的匀化损伤。图2（a）描述了基模传输光斑以及匀化光斑的模场分布形式。基模光斑呈现高斯分布，光强从中间向周围逐渐减弱，当光斑作用于材料表面的时候，光强低于某一数值的时候，不足以将材料完全切割，但是会在一定程度上熔化材料，造成损伤。方形芯光纤输出的匀化光斑具有强度分布均匀的特点，光场的大部分区域会穿透加工材料，将损伤降到最低，如图2（b）所示。

方形芯光纤在工程应用，激光器合束组件

在半导体激光器的应用中，方形芯光纤可以与半导体输出光斑进行高效耦合。典型的半导体激光器的输出光斑呈矩形，光斑短边长方向上光束发散角较大。圆形芯光纤与其耦合的时候，若光斑偏移光纤中心，就会有部分模式向包层泄露，降低耦合效率。而方形芯光纤可以允许光斑有一定程度的偏移，保持高效耦合。在激光器中，泵浦源是激光产生的必要条件，激光器大多使用的是光泵浦方式进行粒子数反转。光源的强度在受激吸收的过程中决定了抽运电子数，进而影响产生激光强度。方形芯光纤输出的匀化光斑以均匀的光强照射在增益介质上，使其受到相同的光辐射，避免强度不均形成的透镜效应。

1)  高透过率合束器锥体成型技术

通过研究光纤排布、固定、拉锥等关键技术，根据理论设计结构，摸索相应的工艺参数，获得光纤束在热加工中的蠕变形态与各加工参数间关系，同时控制锥体成型损耗，包括控制合束器制备过程中的宏弯与微弯等缺陷，实现低形变、高对称性、少缺陷并且符合结构设计的光纤合束拉锥体。

2)  合束器锥体与方形光纤低损耗熔接技术

研究与设计锥体与异形输出光纤的匹配结构与参数：包括尺寸、数值孔径与形状上的匹配，实现锥体输入光纤束模式与输出光纤模式匹配；研究低损耗熔接工艺，包括：熔接步骤的设计、熔接参数（温度、步进、时间）的设计。实现一致性好、低损耗、高强度的熔接结构。

3)  合束器高效吸光导热封装技术

为了吸收合束器损耗光且防止其反射回组件导致组件热损伤，研究合束器封装吸光结构，研究吸光体结构参数对吸光效果的影响，研制出可高效吸收组件散射光的封装结构。再通过高效导热冷却结构研究及合束器封装用胶的设计，最终制备出有效保护组件且实现长时间稳定工作合束器封装结构。

技术参数

产品主要技术指标描述

长盈通方形芯光纤主要技术指标如下：

产品特点

长盈通方形芯光纤是一种特殊结构的大芯径激光传能光纤，主要应用于激光高功率传输、匀化以及成像、光谱学等领域；其结构包括正方形的高纯合成石英芯层、掺氟石英包层和涂层，纤芯与包层的典型NA值为0.12和0.22；方形芯光纤能显著提高与半导体激光器耦合效率，具有优异的光斑匀化效果和整形功能，在激光清洗及激光光束整形领域具有极强的优势。

长盈通方形芯光纤优势：

完全自主可控的原材料与工艺技术；

拥有自主知识产权；

能够提供定制化产品服务；

优异的几何尺寸和光学参数控制；

产品应用及特点

适用于激光清洗及熔覆；

光束整形及光斑匀化-将圆形高斯分布激光整形为方形的平顶匀化激光；

适合多模KW级的激光传输，具有高损伤阈值；

多模光斑匀化，减少热点；

可进行定制化尺寸、光学参数以及异形结构；

产品创新

技术团队：廉正刚、孙谦、徐江河、谢利华、夏祖明、余倩卿、皮亚斌

技术来源：

长盈通光电针对新型方形芯光纤的开发，以关键技术、关键物资自主掌握为前提，通过产、学、研、用相结合的模式，开展系统性的共性技术基础研究，从基础理论的层面上支撑相关技术的开发与持续创新。

产品创新点：

本产品创新点包括基于材料气相沉积技术开发出大尺寸高纯石英和氟化物掺杂预制棒，有自主知识产权的光纤预制棒的冷、热加工技术，低折射率涂层材料光纤拉制技术以及多光纤合束组件耦合封装技术。实现完备的方形芯光纤设计与制备体系建设。研究光纤的几何参数、光学参数、激光传输性能参数，方形芯光纤实现了方形能量光斑的输出，并形成测试方法。

（1）   深掺氟管材制备技术。通过FCVD设备实现大尺寸高纯石英棒制备，实现氟化物石英掺杂棒制备；

（2） 方形玻璃件的长距离精准磨抛技术。方形、矩形、三角形等异形玻璃件的磨抛技术，长度≥300mm；

（3） 方形芯与圆形套管的熔缩技术，并实现预制棒应力消除；

（4）   方形芯拉丝技术，实现方形芯的拉制、涂覆、固化以及收纤。

市场情况

以半导体激光器为核心的激光技术，在科学研究、工业制造、国防建设、生物医疗、信息产业、资源环境以及文化娱乐等领域获得了广泛的应用。在中国制造业转型升级的大环境下，半导体激光器的效率高、能耗小、寿命长、性价比高等优势更加突显。最新研究表明，半导体激光器不仅仅是作为复杂及高成本的光纤激光器和碟片激光器的泵浦源，在很多领域半导体激光器成为一项新科技去替代传统技术，直接应用于激光医疗，材料处理如熔覆、焊接等领域。半导体激光器如果能够在亮度和功率上进一步拓展，这还将大大增加半导体激光器的应用范畴。

光纤能量合束器组件作为一种新型用于拓展半导体激光器功率的合束组件，具有高效率、低成本、结构简单、可直接用于柔性加工现场的优势，大幅提升了半导体激光器应用于在我国特别是在以武汉为首的华中地区的大功率激光加工设备中的核心竞争力。因此发展光纤能量合束器组件，将深度拓宽大功率半导体激光器在各个行业和领域的应用范围，同时我国迅速发展的高功率激光器产业，为光纤能量合束器组件提供了巨大的市场。

中国制造2025战略中，我国将先进制造装备、智能制造、智能装备等领域列为制造强国的重要举措，而激光加工技术是集三种为一体的系统性工具。方形芯光纤及对应的连接器作为激光加工中非常重要的传能元器件，目前仍依赖进口，我们无法掌控其技术、原材料及知识产权。通过引进国外产品、科学调研，在此基础上，结合自身优势，建立一套技术创新理论及制备技术，最终实现本产品完全国产化和持续创新能力。

预期未来三年的实现方形芯传能光纤的年产能达100公里，方形芯光纤及其光缆组件实现年产值1000万元，具体的需求量及产值见表1和表2。