《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》

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项目属无机非金属材料领域,涉及高增益玻璃光纤与单频光纤激光技术。中国玻璃光纤产量处于世界前列,但多为中低端产品,高端市场被国外垄断,特种光纤与相关高端器件列为美国对华高科技出口管制清单。而新一代光通信,物联网及军事领域等都需要光谱线宽小于10<'-8>nm的单频激光器等新型器件,用以提高通信容量、传感和探测的灵敏度。据测算利用单频激光可将通信容量提高3个数量级,满足未来10年带宽增长的需求;利用单频激光制作的传感系统,可将传感灵敏度提高2-3个数量级;利用单频激光制作的激光雷达,可为“点穴式”打击提供精确制导;利用单频激光组束制造的激光武器,可改变战争模式。普通光纤激光光谱线宽0.1~10nm,随着线宽变窄,激光由多频向单频转换,同时功率降低、哚声增大,激光的单频性能严重劣化。研发高增益、低损耗的新型玻璃光纤是解决该问题的唯一途径。光纤的增益源于纤芯中掺杂的稀土发光离子,至今世界上仅美国NP Photonics公司拉制出了高浓度稀土掺杂的玻璃光纤,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,高性能激光产品对中国禁运,并且在该发明前,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,该项目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等技术瓶颈,形成了以下发明点:1.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关系式,发明了激光玻璃的组分优化技术,熔制出高品质磷酸盐激光玻璃,稀土掺杂浓度比石英玻璃高18倍。2.发明了一种芯/包界面热熔键合制备玻璃光纤预制棒技术,拉制出国际上最高增益系数的玻璃光纤。3.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,设计并构建了激光谐振腔,研制出低噪声高功率单频光纤激光器,开发出专用检测仪器,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,近三年新增销售额2.4亿元。单频光纤激光器产品已成功用于激光相干合成和授时系统等国家重大工程,为构建卫星和航天器发射、激光武器试验平台做出了重要贡献。用户与第三方检测报告显示,产品的功率、线宽和信噪比等技术指标明显优于国外同类产品,以刘颂豪院士为主任的的鉴定委员会评价为“国际领先水平”。项目获授权发明专利5项、软件著作和电路设计权3项。获教育部技术发明奖一等奖与广东省自然科学奖一等奖各1项;发明专利“一种低噪声窄线宽高功率的单纵模光纤激光器”获2010年百件优秀中国专利和2013年中国专利优秀奖:研制的单频光纤激光器获得了“2010年中国光学重要成果”奖。发表SCI收录论文31篇,出版专著1部。

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