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光粒网聚焦：盘点2013年我国光纤激光领域的重大突破

时间：2014-1-17 11:14作者：laser121 阅读(1897) 评论: 0光粒网来自: 光粒网

导读：光纤激光器是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器，由于其具有绝对理想的光束质量、超高的转换效率、完全免维护、高稳定性以及体积小等优点，对传统的激光行业产生巨大而积极的影响，应用范围非常广泛，因此 ...

光纤激光器是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器，由于其具有绝对理想的光束质量、超高的转换效率、完全免维护、高稳定性以及体积小等优点，对传统的激光行业产生巨大而积极的影响，应用范围非常广泛，因此也成为各国的研究热点之一。在逝去的2013年中，我国光纤激光技术研究领域取得了一系列的重大突破，接下来就由光粒网小编整理出那些对我国激光产业发展有着重要影响，并且也引起国际关注的研究成果。

一、武汉光谷研制出首台光纤飞秒激光器

飞秒激光具有脉冲持续时间极短、峰值功率极高的优点，其脉冲持续时间可达千万亿分之一秒，而峰值功率可达百万亿瓦，比目前全世界发电总功率还高，是激光技术的前沿领域。主要应用领域包括，生物医学诊断和成像、飞秒精微加工制造、超高速光通信和光存储、食品安全检测和新能源开发等。

研制者武汉虹拓新技术公司董事长曹祥东博士研发出的国内第一台光纤飞秒激光器，其超高精度色散管理技术被评为2012年美国光学学会全球六大创新技术，是中国高科技企业有史以来首次入选。

据悉，光纤飞秒激光器是未来超快激光领域的发展方向，预计在未来5—10年内将全面取代固体激光器。

二、国防科大突破高功率光纤激光技术超过国外3.6倍

实验室就是战场搞科研也是打仗——国防科大光电学院创新纪实

2013年3月，国防科技大学光电科学与工程学院某课题组突破了光纤后处理、光纤盘整体冷却、宽波段光纤色散特性测量和光纤模式控制技术等具有自主知识产权的核心关键技术，研制出“高平均功率近红外全光纤超连续谱光源”，平均功率超过了国际同类研究的3.6倍，入选“2012年中国光学重要成果”。

该院院长秦石乔教授刚刚主持召开了一个项目阶段性报告会，又急匆匆地赶往某实验室，组织课题负责人现场会商某难题，他接受采访时说：“习主席要求我们牢记能打仗、打胜仗是强军之要，作为军队的科技工作者，就是要牢固树立实验室就是战场、搞科研也是打仗的理念。”

在科研中啃硬骨头

光纤激光代表了高能激光的发展方向和趋势，具有重要的应用价值。单根光纤单模到底能出多大功率的激光？美国的劳伦斯国家实验室断言最大可以达到36千瓦，该院高能激光技术研究所周朴副研究员愣是不信这个邪，他带领学员通过扎实的理论分析，作出了73千瓦的论断，论文发表后，引起国际光学界的高度关注。

光纤激光相干合成是激光领域的一个研究热点，由于系统复杂、研制难度很大，此前国际上此类系统的最大输出功率仅为725瓦。该所刘泽金教授率领课题组从最基本的物理机制出发，发明了两种新的相位控制方法，研制出“千瓦级光纤激光相干合成试验系统”，各项技术指标均达到了该领域国际最高水平。

“在战场上赢家只有第一，第二就意味着失败，我们在高能激光的研制领域要始终保持冲锋姿态，在核心关键技术上牢牢掌握主动权。”高能激光技术研究所所长许晓军研究员说。

今天的丢脸是明天的光荣

该院某研究所从事某激光器件研制已经40多年了，他们早在上世纪80年代就研制出了原理样机，但是能否真正在武器装备上发挥作用，当时大家心里都没有底。第一代学术带头人高伯龙院士鼓动大家：“我们研制的器件，只有能够在装备上得到应用，才算尽到了军人的职责。我们必须一直到研制出实用性强的器件为止。”最终在上世纪90年代研制出了实用化的激光器件。

新世纪初，某新型器件由于性能优异，被海军部队选作核心导航部件，靶场试验屡获成功。海军某领导在试验现场夸奖道：“这是海军部队此类试验第一次取得百分百的成功，非常值得庆贺啊。”但是，研究所的科研人员生怕器件还存在问题影响作战性能，又组织了一次次严格的试验。果然发现器件光强不太稳定，会对若干年后的使用造成隐患。

在党委会上，研究所的科研人员统一了思想：不能因为今天丢脸，就为明天的使用留下隐患。他们主动找到海军相关部门，说明了情况。海军领导对此很是理解，主动提出给他们半年时间查找解决问题的方法。最终，他们改进了该型器件，并使得某武器平台的打击精度有了较大的提高。海军领导高兴地说：“你们是干实事的人，武器装备由你们研制，我们上战场一百个放心。”

不苦不累不科研

2010年，上级把某重大设备研制的任务交给该所。院党委有意识锤炼年轻人，安排了一批平均年龄不到40岁的年轻干部担当技术负责人。当时，面对一些接近物理极限的技术指标，大家一筹莫展。所党委及时组织思想动员，邀请老领导老专家讲传统话使命。李传胪教授当年“挖地三尺干革命”的科研故事，激发了年轻一代的斗志。大家天天泡在郊外的试验外场，早上很早就赶去，晚上十一二点钟才拖着疲惫的身子回来。

平时工作忙，没有时间交流，研究所就实行每周6天工作制，利用周六组织大家集中交流研讨。小袁和小张是一对夫妻，同在研究所。两人一个负责微波源部分的研制工作，一个负责天线部分的研制工作。为了完成任务，夫妻两人把小孩丢给老人，每天一起去外场试验，见面就讨论技术问题，在相互的启发中收获了很多灵感。这种定期开“诸葛亮会”的做法已经坚持了两年多，许多技术难题因而得到了解决。

2012年，研制工作取得重要进展，顺利通过了上级部门组织的转阶段评审。该所政治协理员曹亮激动地说：“年轻的科技工作者面对不亚于战场的环境压力，表现得非常顽强，这一点非常值得骄傲和自豪。”

质量过硬才能打得赢

近年来，学院承担的装备型号研制任务越来越多。学院为此专门成立装备研制工程与质量管理办公室，从一线科研人员中抽调经验丰富的工程技术人员专职从事装备研制的工程与质量管理工作。

办公室成立后，部门人员认真查阅了总部、工业部门几千份有关装备研制质量管理的文件规定，虚心向业内的专家请教，制订了一系列质量管理的规章制度，组织开展装备研制过程质量工作。某型号装备交付部队，一般保修期为1年，但是考虑到该装备属高新技术武器，装备使用部队对维修保养工作存在疑虑，学院主动提出将保修期延长1年。

在采访中，该办公室主任表示：“我们虽然是院校，是装备承研单位，但是我们同样是军人，深知为部队提供管用、好用的高新装备的重要性。”就是抱着这样一颗心，前仆后继的光电人为铸造共和国利剑作出了重大的贡献。

三、光谷研发出我国首台万瓦连续光纤激光器

经由一根绣花针粗细的光纤，释放出的激光能量可焊接飞机、轮船。昨悉，我国首台万瓦连续光纤激光器在光谷问世，中国成为继美国后世界第二个掌握此技术的国家。

昨日，记者在武汉锐科研发中心看到了该激光器。虽然只有约两台冰柜叠加大小，它肚子里却藏着10块“能量方”，每块1100瓦，各产生一条激光束，10条激光束再汇聚到一根光纤，形成合力，最终产生1万瓦的强大能量——这项激光功率合束技术，被美国视为万瓦激光器的核心机密。

据悉，为打破垄断，两位国家“千人计划”专家闫大鹏、李成率队，历时一年研发攻关，终于掌握该技术的自主知识产权。

据了解，在国际上，光纤激光器越来越广泛应用于工业造船、汽车制造、航空航天、军事设备等领域。与传统二氧化碳激光器相比，它的耗电却仅为其1/5，体积只有其1/10，但速度快4倍，转换效率高20%，还没有污染。

锐科公司总工程师闫大鹏介绍，我国高功率光纤激光器长期依赖美国进口，一年达数千台，一台500万元。“北京航空航天大学已开始与我们接触，手头另有4笔订单在排产。”

中国光学学会理事长、中国科学院院士周炳琨认为，光谷这一技术国际领先，仅次于美国，对我国工业发展将产生巨大推动。过去，我国核心激光器件主要依赖进口，万瓦光纤激光器克服了很多技术困难，企业自主创新难能可贵。

据透露，该技术已纳入明年的国家863计划。闫大鹏表示，年内有信心冲刺2万瓦技术，实现产值1.6亿元。

四、武钢华工激光全国首创光纤激光无序毛化成套系统

武钢华工激光自主研发的光纤激光无序毛化成套系统，是全球首创激光无序毛化技术。

光纤激光无序毛化技术是国际上最新一代，也是最先进的激光毛化技术。其原理是利用先进的激光器调制技术，改变毛化点的间距、点阵的排列，因而使轧辊表面得到无序麻面。

该系统用于冷轧辊毛化加工，满足平整机、光整机、轧机等各种工作辊毛化需求。设备及工艺稳定可靠、操作简便、加工质量高，可达电火花毛化效果，部分指标甚至超过电火花；激光毛化轧辊表面硬度高，使用寿命提高一倍以上；激光毛化工艺重复性好；毛化形貌可控，可实现无序毛化，满足多种板面形貌需求等特点。

目前，该系统可实现两头、四头、多头毛化，可根据用户需求配置可任选，满足用户需求。

五、我国成功研出千瓦级全光纤激光器并实现小批量生产

在“十二五”863计划新材料领域“先进激光材料及全固态激光技术”主题项目支持下，中国科学院上海光学精密机械研究所承担的“千瓦级光纤材料及全光纤激光器”课题取得重大进展，在近期通过了课题技术验收。

课题解决了低光子暗化掺镱光纤、高功率光纤光栅、高功率泵浦合束器的国产化制备技术，开发出双包层光纤、光纤光栅和泵浦合束器系列产品或样品，形成了一套拥有自主知识产权的高功率光纤材料与核心部件的制备工艺技术，所开发的掺镱光纤与核心部件应用在千瓦级光纤激光器产品中。

掌握了千瓦级全光纤激光器的整机集成及规模化生产的关键技术和相关工艺，实现了数百瓦到千瓦级单模全光纤激光器的批量化生产，打破了国外垄断。所开发的系列高功率全光纤激光器已在金属薄板切割、焊接等领域获得重要应用。

课题实施期间成立了2家专业从事高功率光纤激光器研发生产的高科技公司，组建了专业化的生产示范线，实现了数百瓦到千瓦级光纤激光器的产业化。2012年，形成了小规模生产销售能力。

作为目前先进的工业加工用高功率激光器，单模千瓦级以上全光纤激光器我国还大量依赖进口。高功率全光纤激光器与智能机器手技术相结合，使得实现高功率激光加工（如焊接、切割、融覆、3D打印等）的柔性化和智能化成为可能，是目前国内外激光加工装备的重要发展趋势。作为制造业大国，我国对该类高效率全光纤激光器有较为广泛的应用需求，市场前景广阔。

六、全球首台商用石墨烯飞秒光纤激光器问世

近日，在江苏泰州举行的中国石墨烯标准化论坛上，泰州巨纳新能源有限公司研制的世界首台商用石墨烯飞秒光纤激光器Fiphene问世，同时创造了脉冲宽度最短（105fs）和峰值功率最高（70kW）两项石墨烯飞秒光纤激光器世界纪录。

飞秒光纤激光器的应用领域非常广阔，包括激光成像、全息光谱及超快光子学等科研应用，以及激光材料精细加工、激光医疗（如眼科手术）、激光雷达等领域。传统的飞秒光纤激光器核心器件――半导体饱和吸收镜（SESAM）采用半导体生长工艺制备，成本很高，且技术由国外垄断。

在飞秒光纤激光器领域，石墨烯被认为是取代SESAM的最佳材料。2010年诺贝尔物理学奖获得者撰文预测石墨烯飞秒光纤激光器有望在2018年左右产业化。要实现真正的产业化，需要解决高质量石墨烯制备、大规模低成本石墨烯转移、石墨烯与光场强相互作用、石墨烯饱和吸收体封装以及激光功率稳定控制等一系列关键技术。泰州巨纳新能源有限公司经过多年持续研究，成功攻克了这些关键技术，率先实现了石墨烯飞秒光纤激光器的产品化，主要性能指标均高于同类产品，具有很高的性价比和很强的市场竞争能力。

该产品被命名为Fiphene，取Fiber（光纤）和Graphene（石墨烯）两个词的组合。泰州巨纳新能源有限公司计划以Fiphene为平台，推出更多石墨烯光纤激光器产品，将石墨烯的应用发展向前推进。

总之，这一系列的重大进展都体现了我国光纤激光技术的不断进步，光纤激光器作为第三代激光技术的代表，具有其他激光器无可比拟的技术优越性。而据最新市场调查数据显示，光纤激光器供应商将争夺固体激光器及其他激光器在若干关键应用领域的市场份额，而这些市场份额在未来几年将稳步看涨。

更多激光资讯请查看：光粒网（http://www.diodelaser.com.cn/）

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