掺镱光纤、掺铒光纤、掺铒镱光纤发展概况
思瀚产业研究院 长进光子    2025-09-15

掺稀土光纤为特种光纤的重要子类，作为光纤激光器、光纤放大器和光纤激光雷达的核心元器件，伴随着下游器件的发展，掺稀土光纤的工作波长从最初的 1μm 扩展到 2μm，单纤输出功率从最初的毫瓦级发展到现在的万瓦级，光纤结构从最初的单包层拓展到双包层、三包层以及微结构光纤，同时量产制备技术也得到快速发展。掺镱光纤、掺铒光纤、掺铒镱光纤发展概况如下：

（1）掺镱光纤

1970年，美国康宁公司采用 MCVD技术首次获得低损耗石英光纤。1988年双包层光纤的发明，使得利用光纤激光器产生大功率和高亮度的激光输出成为可能。在此基础上，业界于 1999 年研制成功单纤 110W 的光纤激光器。此后，伴随着特种光纤制备和半导体激光技术的进步，光纤激光器的输出功率得到了迅速提升。

2004 年，美国 IPG 公司推出单纤千瓦级光纤激光器，并在其后五年内实现了从千瓦到万瓦的飞跃，其间几乎所有重要突破都是由 IPG 实现的。2008-2010 年，IPG 相继宣布单纤激光输出功率达到 6kW、9.6kW 和 10.5kW 激光输出，并在 2013 年宣布已实现单纤激光输出 20kW。光纤激光器的输出功率不断提升，与掺镱光纤的制备技术进步密不可分，并在光光效率、光束质量、稳定性等关键性能指标方面实现持续迭代。

国内方面，2009 年，中国科学院西安光学精密机械研究所首次将单纤激光输出功率提升至 1kW，随后以国防科技大学、中国科学院上海光学精密机械研究所、中国工程物理研究院等为代表的各大科研院所不断刷新国内单纤光纤激光器的高功率记录。2016 年，国防科技大学实现单纤 10.1kW 激光输出；2018年及 2022 年，中国工程物理研究院先后实现单纤 11.23kW、20kW 激光输出。

比较来看，国内研究进展相较 IPG 落后约五至十年，且由于核心元器件掺镱光纤的量产工艺要求严苛，规模化生产交付壁垒较高，彼时国内厂商尚不具备量产高功率掺镱光纤的能力，上述研究成果并未实现产业化推广及应用。2015年之前，Nufern、nLIGHT占据国内掺镱光纤大部分市场份额。2015年之后，国内企业陆续实现中低功率掺镱光纤量产，并在高功率产品方面奋起直追，目前国内少数特种光纤企业已实现 6kW-12kW 高功率及超高功率掺镱光纤的批量生产销售。

未来，掺镱光纤在不断提高激光输出功率的同时，正朝着提高光光效率、光束质量、稳定性的方向发展，助力超高功率激光器发展，并最终应用于船舶、航空航天、核电等高端制造领域。此外，具备保偏等增强功能的掺镱光纤将在国防军工领域发挥重要作用，已成为新的研究热点。

（2）掺铒光纤

1985 年，英国南安普顿大学采用 MCVD 技术成功研制了低损耗掺铒光纤，因掺铒光纤放大器的波长契合通信光纤的 1.55μm 低损耗窗口，业界认识到光纤放大器在提高传输速率和延长传输距离等方面的重要作用，开启了掺铒光纤放大器在光通信领域的应用。随着掺铒光纤放大器的快速发展，掺铒光纤增益带宽由 40nm（1528-1568nm）逐渐拓展至 48nm（1524-1572nm），传输波段由 C波段向L波段（1575-1618nm）延伸，其中重要产品主要由美国OFS公司推出。

长期以来，国内掺铒光纤主要依赖进口，美国 OFS 公司以及英国 Fibercore公司占据大部分国内市场份额。2019 年以来，包括公司在内的部分国内特种光纤企业陆续实现了 C 波段及常规 L 波段掺铒光纤的批量生产销售，受限于产品成本和性能，难以改变掺铒光纤市场由国外厂商主导的局面。

随着光通信系统持续扩容，开拓光传输系统新的可用频谱成为传输容量扩展的创新方向，其中关键在于开发能够满足新光谱应用需求的光纤放大器，这就要求进一步拓展核心元器件掺铒光纤的增益带宽。公司于 2022 年率先实现超宽带 L 波段掺铒光纤的量产，并与国内知名通信厂商建立了合作关系，打破了国外厂商主导国内掺铒光纤市场的情况。

未来，随着光通信系统持续扩容，掺铒光纤将沿着高带宽、低噪声、多波段一体化方向持续发展。此外，在空间激光通信中，光纤放大器使数据能够在长距离或复杂环境下可靠传输。随着低轨卫星互联网建设进程加快，空间激光通信技术逐渐成熟并商用化，为应对太空强辐射、高真空、大温差的复杂环境，抗辐照掺铒光纤已成为国内外新的研究热点。

（3）掺铒镱光纤

英国南安普顿大学在掺铒镱光纤方面开展了较多研究工作。2001-2007 年，南安普顿大学研制的掺铒镱光纤将激光输出功率由 16.8W提升到 297W，但影响光束质量的纤芯数值孔径始终保持在 0.2 的水平，未取得明显进步。

由于纤芯数值孔径较大，早期掺铒镱光纤输出激光的光束质量较差。相较于增加输出功率，提升掺铒镱光纤的光束质量更为关键。美国 Nufern公司通过优化掺铒镱光纤结构，将掺铒镱光纤纤芯数值孔径降至 0.1，显著提高了光束质量。例如，Nufern 生产的 25/300 掺铒镱光纤，纤芯数值孔径达到 0.1，最大激光输出功率达到 302W。

凭借在掺铒镱光纤领域的技术优势，Nufern占据了国内掺铒镱光纤大部分市场份额。同时，为限制国内相关产业发展，美国将纤芯直径大于等于 20μm、纤芯数值孔径小于 0.1 的掺铒镱光纤列入出口管制清单。通过长期研发，包括公司在内的极少数国内特种光纤厂商实现了掺铒镱光纤的批量生产销售，打破了国外垄断。

未来，随着高精度感知技术的不断升级，对于激光雷达性能的要求也将逐步提高，掺铒镱光纤将向着更高的光束质量、输出功率、光光效率方向发展。

更多行业研究分析请参考思瀚产业研究院官网，同时思瀚产业研究院亦提供行研报告、可研报告（立项审批备案、银行贷款、投资决策、集团上会）、产业规划、园区规划、商业计划书（股权融资、招商合资、内部决策）、专项调研、建筑设计、境外投资报告等相关咨询服务方案。