2026年，中国科学院西安光机所联合清华大学，在国产掺镱光纤激光器领域取得重大技术突破——单根光纤稳定输出20.38kW激光功率，斜率效率高达87.1%，创下国内同功率级别最高效率纪录。这一突破标志着国产高功率掺镱光纤迈入20kW+时代。

技术突破：攻克两大世界性难题

长期以来，掺镱光纤激光器在向20kW功率攀升的过程中，面临两大核心瓶颈：热效应与受激拉曼散射（SRS）。

当激光功率达到20kW量级时，光纤内部的热积累会导致”热透镜效应”——光纤局部受热膨胀，像在光路中加了凹凸透镜，使光束扭曲、质量下降。同时，功率密度过高还会引发SRS非线性效应，让激光光谱展宽、能量损耗。

西安光机所特种石英光纤研究团队采用了三项创新技术攻克这些难题：

1. 径向梯度掺杂技术

传统光纤中，镱离子均匀分布在纤芯中，热量集中在中心”主干道”。新技术让镱离子从中心到边缘呈梯度分布——中心少、外围多，就像把单车道主干道变成了立体交通网，热量被分散到更广阔的”路面”上，从根源避免局部烧毁和光束畸变。

2. 大芯径预制棒制备

采用高温气相沉积（HT-CVD）技术，制备出芯径超过6mm的大模场光纤预制棒，最终拉制成48/400μm的大模场高浓度掺镱光纤。芯径变大，相当于把高速公路从四车道拓宽成八车道，单位面积功率密度大幅下降。

3. 1018nm同带泵浦

传统976nm泵浦与激光波长差距较大，量子亏损约2.6%。改用1018nm同带泵浦后，量子亏损降至约1.6%，从源头削减热量产生。

核心数据：多项指标国际领先

• 输出功率：20.38kW（泵浦功率23.03kW@1018nm）
• 斜率效率：87.1%（国内同功率最高）
• 光-光转换效率：88.5%
• 拉曼抑制比：36.4dB（未观测到SRS特征峰）
• 光束质量：M²<1.3

产业意义：从实验室到高端制造

这项突破不是停留在论文里的数字，其产业影响是立竿见影的：

• 切割能力跃升：20kW级激光器能对20mm以上厚碳钢进行高速无毛刺切割，效率比10kW级提升50%以上
• 工艺革新：可实现精密零部件”切断即成品”，省去二次打磨，生产效率提升300%
• 打破垄断：国产激光器凭借此核心突破，已进入德国博世等顶级国际客户供应链

根据《2026中国激光产业发展报告》，2025年中国10kW以上高功率激光器国产化率已接近80%，这一突破将进一步巩固国产优势，推动在航空航天、船舶制造、新能源等高端领域的应用。

展望：通向更高功率之路

西安光机所副研究员折胜飞表示：”这解决了’激光功率越高，光纤易烧、光束畸变、杂光增多’的行业难题，也是国产高功率激光核心材料的一次关键自主突破。”

更重要的是，这套”材料源头控热”的技术路线，为后续攀登50kW、100kW乃至更高功率的激光器提供了至关重要的技术储备和可行性验证。

国产高功率激光，正在从追赶到超越的路上大步前行。

来源：综合自中国科学院西安光机所官方发布、《中国激光》期刊2026年2月刊等