项目属于高功率激光光纤技术领域。激光制造技术具有加工效率高、加工精度高、无明显加工材料选择性、热响应区小等优势，被誉为“未来的万能加工工具”，是国家《“十三五”先进制造技术领域科技创新专项规划》、《“十四五”智能制造发展规划》的重要内容。高功率光纤激光器因其电光转换效率高、光束质量好、功率/重量比大、免维护等优势，是激光制造装备的理想光源，在航空发动机、电子设备、半导体、医疗器械、船舶、核电站、风电等国家重大工程领域具有重要的应用价值，市场规模达千亿，并呈现逐年攀升态势。高性能掺镱激光光纤作为光纤激光器的核心激光增益介质，是研制高功率连续和超快光纤激光器的前提和基础，但该类光纤技术受到美国IPG、Nufern等国外企业封锁，相关产品无法通过正常渠道采购，成为了制约我国高功率光纤激光器产业链和先进激光制造领域发展的“卡脖子”材料。

随着单纤激光输出功率的提升，光功率密度增大，非线性效应凸显，严重限制了光纤激光器输出功率的进一步提升。通过稀土离子的高浓度掺杂可以在保证增益光纤对泵浦光充分吸收的同时尽可能地缩短光纤长度，从而有效提升光纤的非线性效应阈值，但会导致掺镱激光光纤的纤芯损耗大幅增加，导致高功率时光纤热效应加剧，同时考虑到光纤激光器高稳定性、小型化的需求，因此对掺镱激光光纤的光暗化效应抑制、纤芯损耗、光束质量提升、强度等方面的综合性能提出了严峻挑战，主要面临以下技术难题：（1）掺镱激光光纤固有的光暗化效应引起输出功率随着时间推移衰减，导致激光输出功率稳定度差，严重影响加工效率及其稳定性；（2）高镱离子浓度掺杂极易产生稀土离子团簇，使得纤芯损耗大幅提升，难以满足高吸收条件下的低损耗要求，导致高功率条件下热效应严重；同时多组分共掺导致纤芯折射率过高、均匀性差问题，使得光束质量劣化，严重影响加工精度与质量；（3）传统拉丝工艺存在掺镱激光光纤强度不足的问题，不利于光纤弯曲和小半径盘绕，限制了高功率光纤激光系统的小型化。

为攻克上述难题，打破高性能掺镱激光光纤长期被国外技术封锁和产品垄断的现状，实现掺镱激光光纤制备技术自主可控和相关光纤产品国产化，项目组在科技部国家重点研发计划、中国科学院西部青年学者A类项目的支持下，历经10年的持续研究和攻关，攻克了掺镱激光光纤光暗化抑制、稀土离子团簇抑制等关键难题，突破了纤芯组分和折射率精准调控、低损耗高吸收掺镱光纤预制棒制备、高强度激光光纤拉丝等成套关键技术，实现了掺镱激光光纤在激光制造装备上的重要应用。主要创新与技术突破包括：

1. 系统揭示了纤芯组分和工艺过程对稀土离子配位环境、色心的影响规律，提出了基质组分和稀土离子局域配位场调控的光暗化抑制技术，通过双重价态组分设计和比例优化调控稀土离子局域配位场环境、抑制色心形成，有效抑制了激光光纤的光暗化效应，提高了光纤激光输出功率的稳定性。采用本方法制备的掺镱激光光纤光暗化附加损耗低于1.1dB/m@633nm，性能指标优于国际Nufern公司同类产品水平。

2. 提出了高浓度稀土团簇抑制和折射率精准调控技术，采用高温螯合物气相沉积方法，基于铝磷氟玻璃组分体系，突破了高浓度稀土离子均匀分散、低损耗光纤制备、折射率精准调控等关键技术，抑制了镱离子团簇和增益不均匀，稀土掺杂浓度相对于商用光纤提高75%，光纤损耗低至1.55dB/km@1200nm（是目前国际上报道的掺镱激光光纤损耗最低水平），实现了10kW功率条件下光纤热效应及热致模式不稳定现象的有效抑制，提高了激光光束质量，M²达到2.7。

3. 发明了基于抛光和在线退火相结合的高强度激光光纤拉丝技术，通过优化梯度抛光热处理和在线退火工艺，防止了光纤内应力分布不均造成的微裂纹扩展难题，有效增强了掺镱激光光纤的强度，避免了光纤激光器系统集成中光纤弯曲断裂而导致的激光系统烧毁问题，满足了光纤激光器小型化的应用需求。采用该方法拉制的掺镱激光光纤抗拉强度相比于传统拉丝工艺提高86%，可以满足最小弯曲半径5cm条件下的长期使用。

4. 基于上述研究，开发了面向高功率连续和超快光纤激光器的系列高性能掺镱激光光纤产品，解决了此类光纤“卡脖子”难题，有效支撑了国家激光制造领域的产业化应用。基于同带泵浦技术实现了30/250μm单光纤10kW激光输出，累计运行10小时激光功率不稳定度仅为0.1%；同时基于自主高掺镱激光光纤实现了73.2W脉冲激光输出，光光效率72.3%，性能指标优于国际同类产品水平。

    本项目获授权国家发明专利16项，在国内外权威期刊上发表论文27篇。开发的系列高性能掺镱激光光纤产品，成功应用于行业内领先企业的高功率连续、超快光纤激光器产品，实现了国内此类光纤产品的国产化进口替代，并在深圳大族激光精密激光机床等激光制造装备上得到推广应用，服务于XX型航空发动机关键部件，华为Mate X系列、ViVO X Fold2、小米MIX Fold2等折叠手机转轴，碳化硅晶圆等重要领域的精密加工，为企业创造经济效益累计超过3亿元，培养了一批高功率光纤领域的高层次人才和高水平创新团队，社会和经济效益显著。经专家评价一致认为：该项目的研究成果技术创新突出，总体技术达到国际先进水平，并得到广泛的推广应用，有力推动了高功率光纤激光器和先进激光制造领域的技术进步。