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高增益玻璃光纤与单频光纤激光器项目荣获2014国家技术发明二等奖

2015-01-09 14:14
来源: 激光网

  2014年度国家科技奖励大会今天在京举行。70项科研成果获国家技术发明奖,其中“高增益玻璃光纤与单频光纤激光器成套制备技术及其应用”荣获二等奖。项目主要完成人为华南理工大学杨中民、徐善辉、张勤远、张伟南、钱  奇及姜中宏。

  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。

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