武汉聚合光子领军国产化突围:激光/通信/传感光纤测试打破欧美垄断


光纤表征测试是光纤制造和应用中的核心环节,其重要性贯穿于研发设计、生产控制、质量保证、工程应用及故障诊断全生命周期。特种光纤制造涉及的主要测试环节为光纤预制棒折射率分析、光纤剖面折射率分析、光纤几何尺寸分析、光纤涂层几何尺寸分析、光纤衰减测试等五项关键分析测试技术,这些技术覆盖了从原材料(预制棒)到成品光纤的核心特性评估。测试的核心目标确保光纤的光学性能(低损耗、特定模式特性)、机械可靠性以及几何精度,满足光纤通信、光纤传感及光纤激光器等应用需求。
此类测试设备长期被国外垄断,为解决此类测试设备的卡脖子问题,武汉聚合光子联合国内著名高校和科研机构在该领域投入研发,系统性解决了相关技术问题,打破欧美多年的技术封锁,技术团队通过多年的不懈努力,陆续推出商业化特种光纤测试设备10余种,并且与国内绝大多数特纤企业及光纤激光企业形成了紧密合作,在国产特种光纤制造领域确保了供应链的安全。本文以“特种光纤测试设备国产化-全方位突破技术封锁”为主题,对武汉聚合光子相关产品进行了剖析。

1. 光纤预制棒折射率分析测试
预制棒的折射率分布直接决定了最终拉制出的光纤的折射率分布(纤芯直径、数值孔径、色散特性等)。是光纤设计能否实现的关键验证点。预制棒阶段发现折射率缺陷,可以避免后续拉丝和测试的浪费。

光纤预制棒折射率测试仪(PRIP-80)可以对预制棒不同位置的折射率分布进行高速、自动测量,其测量原理是采用在光纤行业广泛使用的光束偏转测量法,通过对入射光线的折射角轨迹追迹计算出折射率的变化量。PRIP-80可以测量光纤预制棒的折射率分布,并集成了几何测试功能,可提供包括相对折射率、等效折射率、包层和芯层直径、不圆度、同心度误差等指标的测试结果。
产品主要指标:


测试预制棒直径 5~80mm
径向分辨率 5um
折射率重复性 优于0.00005
直径重复性 <50um
同心度误差重复性 <50um
垂直方向行程 1200mm
测试时间 <90s
2. 光纤折射率分析测试
光纤折射率分析仪直接验证成品光纤的光学波导结构是否符合设计规范,是光纤分选、质量控制和失效分析的关键手段。光纤折射率直接反映成品光纤的核心光学特性,是验证设计实现和拉丝工艺稳定性的黄金标准之一。光纤折射率测量通常采用的两种测量方法包括:折射近场法精度最高但光纤样品准备过程繁琐,对切割端面角度要求高;全息干涉法可无损沿长度测量但精度略低。

光纤剖面分析仪(RIP-100)采用全息干涉法对光纤的折射率分布进行高速、自动测量,可以测量光纤的折射率分布,并集成了几何测试功能,可提供包括相对折射率、等效折射率、包层和芯层直径、不圆度、同心度误差等指标的测试结果。
产品特点
-二维重建测试时长3分钟以内,测试效率较同类型产品大幅提高。综合测试时间(样品准备时间+测试时间)与基于端面图像的其他几种光纤折射率测试设备相当。
-保偏光纤纤芯结果优化。通过专门开发的算法消除应力区对纤芯折射率的影响,实测折射率二维分布以及NA值与设计值更接近。
-纤芯结果优化。可在数据层自动与RIP-E600联用,交叉校验折射率数据从而提高对纤芯复杂结构的测试准确性。
产品主要指标:

折射率精度 ±0.0001
空间分辨率 优于0.3μm
测量波长范围 典型值 632nm (波长可定制)
光纤直径 60μm-800μm
光纤材料 石英,塑料,其他透明材料
光纤类型 单/多模,大模场面积,掺稀土,包层泵浦,微结构,保偏等光纤
测量时间 ≤3min(360角度精细测量)
测量方式 全自动化无损测量
温度在线监测功能 实时监控匹配油温度,对匹配油的折射率值进行实时温度补偿

光纤剖面分析仪(RIP-E600)采用反转折射近场法的光路对光纤的折射率分布进行高速、自动测量,其基于经过特殊照明光场照明的光纤端面图像灰度分析方法测试光纤的折射率分布,并集成了几何测试功能,可提供包括相对折射率、等效折射率、包层和芯层直径、不圆度、同心度误差等指标的测试结果。
产品特点
-直接输出二维折射率分布结果。
-由于原理上的限制,其二维折射率测试不适用于带有全内反射增强设计的泵浦光纤;其一维折射率测试结果不适用于分析非圆对称光纤。
-对于近似圆对称结构的纤芯测试效果优于RIP-100。
-可与RIP-100联用,专门用于增强对各类型光纤纤芯细节的分析能力。
产品主要指标:

折射率重复性 0.0002
空间分辨率 优于0.2um
测量波长范围 典型值632nm
光纤直径 40μm-600μm
光纤材料 石英
光纤类型 单/多模,大模场面积,掺稀土,包层泵浦,微结构,保偏等光纤
测量时间 ≤10s
温度在线监测功能 实时监控匹配油温度,对匹配油的折射率值进行实时温度补偿
几何测试重复性
芯层直径 <0.04um
包层直径 <0.02um
芯层不圆度 <1%
包层不圆度 <0.1%
芯包同心度误差 <0.02um
测试结果图像





3. 光纤包层几何参数分析
成品光纤需要检测包层外径、纤芯直径、包层不圆度、芯/包同心度误差。包层外径直接影响光纤在光缆中的排列、接续(熔接、连接器)的兼容性和损耗。包层不圆度:过大的不圆度会增加熔接损耗和连接器损耗,影响光纤在接续夹具中的对准精度。芯/包同心度误差:纤芯中心相对于包层中心的偏移量。这是最关键的几何参数之一,直接影响熔接损耗(尤其是单模光纤和高功率光纤激光主光路)和连接器插入损耗。

包层几何参数测试仪(CLA-600)可用于测量各种类型光纤的几何参数,其测量原理是采用IEC国际标准中的基准法(视频灰度法)并结合特殊设计的明场照明和包层模注入方式,获取高对比度的包层截面图像。除常用的包层直径、纤芯直径、同心度误差、不圆度等参数外,通过灵活的图像处理接口,CLA-600可持续升级并提供保偏光纤纤芯、应力区,有源光纤八边形、圆内接八边形、多芯光纤、空芯光纤等专用几何分析模板。
CLA-600按视场大小分为两个可选型号,其中80μm-600μm规格适用于通信光纤及特种光纤,600μm-1200μm规格适用于各类型大直径光纤的测试。
产品主要指标:

测试时长 <15s
光纤直径 80μm-600μm/600μm-1200μm
重复性**
芯层直径 <0.02μm
包层直径 <0.01μm
芯层不圆度 <0.5%
包层不圆度 <0.05%
芯包同心度误差 <0.01μm
光纤类型 单/多模,大模场面积,掺稀土,包层泵浦,微结构,保偏等光纤
测试结果图像






4. 光纤涂覆层几何参数分析
光纤涂敷层是光纤石英层之外的保护层,对成品光纤的测量通常包括涂层外径、涂层不圆度、涂/包同心度误差(涂层中心相对包层中心的偏移)。光纤涂层的测量准确性在光纤传感应用领域尤其重要。

光纤涂覆层测试仪(COA-600)是全自动光纤涂覆层几何参数测试设备,其测量原理是采用IEC国际标准中的基准法(侧视光分布法)。通过精细的照明光场设计和图像分析算法设计,可精确测量光纤的外涂覆层直径、内涂敷层直径、同心度误差、外层不圆度、内层不圆度等指标,适用于特种光纤的出厂检测、制作过程检测以及光纤入库检验等工序。
光纤涂覆层测试仪按测试光纤的外直径分为两个型号,其中COA-600可提供更好的光纤承托效果,适用于80μm-250μm规格外径的光纤。COA-610直上直下的样品插入方式可实现更高的测试效率,适用于250~700µm(最大直径可定制到1200µm)的特种光纤测试。
产品主要指标:

测试直径 80-250µm/250~700µm(最大直径可定制到1200µm)
测试时间 <20s
重复性*
直径测量:< 0.5 µm(250µm典型光纤)
同心度误差:< 0.5 µm
外包层不圆度: < 0.5%


5. 光纤传输衰减损耗测试系统
光纤的衰耗测试具有重要意义,在通信行业光纤衰耗的准确测试有助于优化网络设计,保障网络通信质量,并能用于评估光纤质量和区分光纤类型,在光纤激光行业可通过测试工作窗口光波长的吸收及衰耗确定激光器所需有源光纤的长度,此外衰耗/吸收系数是否稳定也是判断预制棒制备和掺杂工艺稳定性的重要指标。

光纤传输衰减损耗测试系统(ATT-1800)是为行业用户定制开发的衰耗/吸收损耗测试系统,其内部集成了空间光注入系统,机器视觉辅助对焦,空间光调制,光电转换和弱信号处理系统。其特殊设计的旁路对焦系统可同时测量光纤的几何参数,简化了用户的测试准备工作,提高了测试效率。
光纤传输衰减损耗测试系统采用可兼容的光源输入光路设计,在出厂前可由用户指定光源类型,既可以使用成本低,稳定性好,工作带宽大的卤素灯宽谱光源,也可以使用单色性好,功率谱密度高的白光超连续谱光源。
产品主要指标:

光纤吸收系数 915nm
光纤吸收系数 976nm
光纤包层衰减系数 1095nm
光纤纤芯衰减系数 1200nm
光纤衰减谱扫描 900~1800nm
其他参数:
测量光纤本体损耗及吸收:重复性优于0.005dB RMS
谱线宽度:6-12nm
中心波长精度:1nm
同时ATT-1800附加几何参数测试功能:
(1)测量特种保偏光纤损耗、模场直径、数值孔径、⼏何形状等参数;测试波⻓范围覆盖900nm~1800nm
(2)光纤尺寸范围覆盖80~600微米(内包层),可测量最小纤芯尺寸5微米;
(3)测量多种特种光纤⼏何形状,包含但不限于有源、无源、单模、多模、非偏、保偏、多芯、微结构光纤等;
(4)具备测试纤芯/包层直径、同心度、不圆度、保偏熊猫眼直径与距离、纤芯与熊猫眼同线度等参数的功能。
结束语
武汉聚合光子成功实现了特种光纤测试设备的系统性突破。这一进展标志着我国特种光纤产业及应用具备了更完整的自主可控能力。聚合光子深知,这不仅是聚合光子的成果,更是国内众多高校、科研院所及产业链伙伴共同努力的结晶。大家为解决核心技术难题、推动国产化进程付出了持续的努力。
在研发和验证过程中,聚合光子联合国内特种光纤领域的专家团队进行了深入的技术研究与探讨。通过系统的对比与分析,聚合光子发现部分欧美设备在原理设计上存在局限性,其测试结果也存在与实际应用场景不完全匹配的情况(有时表现为“美化”)。这些发现让聚合光子更加确信,建立符合中国特纤产业实际需求的、独立自主的测试方法与标准体系至关重要。聚合光子正积极与行业伙伴协作,推动建立更科学、更贴近应用场景的国产测试基准。未来,行业将逐步告别长期依赖进口设备作为唯一测试基准的模式。武汉聚合光子将持续投入研发,与产业界携手,为构建更加自主、可靠、先进的中国特纤生态贡献力量。
关于武汉聚合光子
武汉聚合光子技术有限公司于2016年底创立,是高功率光纤激光器核心器件、特种光纤处理成套设备、激光雷达核心探测光源等领域的专业制造商。公司自主生产的高端无源器件以及光纤处理设备目前已经广泛应用在高端工业激光器市场,高功率器件类产品在国内外出货量处于领先地位。聚合光子是国家高新技术企业、国家专精特新小巨人企业、光纤激光元器件标准制定单位、国家科技重大专项参研单位,荣获“3551光谷人才计划”“十大高成长瞪羚企业”“湖北省制造业单项冠军示范企业”“湖北省科创新物种企业”“科技小巨人”等荣誉。截止2025年6月,聚合光子共出货特种设备类产品超3000台套,为解决特种光纤产品链光纤处理环节的卡脖子问题做出了突出贡献。

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