军工行业空天有清音第15期：保偏光纤从防务到AI

空天有清音第15期：保偏光纤从防务到AI长江证券研究所军工研究小组2026-06-15%%%%%%%%research.95579.com1分析师王贺嘉分析师王清SAC执业证书编号：S0490520110004SAC执业证书编号：S0490524050001SFC执业证书编号：BUX462分析师及联系人证券研究报告评级看好维持• 证券研究报告 •%%%%%%%%research.95579.com201什么是保偏光纤？02保偏光纤在防务领域的应用分析？目 录03保偏光纤在AI的应用前景？%research.95579.com301什么是保偏光纤？%%%%%%%%research.95579.com401资料来源：《特种光纤技术与产业发展趋势》长盈通（2023.02），长江证券研究所光纤逐渐形成地球表面的“神经”网络1966年高琨发表论文《光频率介电纤维表面波导》（Dielectric-fibre surface wave-guidesfor optical frequencies），首次提出通过控制玻璃的纯度和成分制备传输损耗非常低的圆形截面玻璃介质纤维波导，实现光波信号有效传输，单模光纤导光原理。几年后，第一根低衰减光纤由康宁公司研制成功，1977年，第一根通讯光缆在芝加哥地下完成铺设，实现了光纤技术应用的“从0到1”。随后，在通讯技术方面，光纤完成了“光进铜退”的工程。同时，传感与激光器两个“新赛道”也高速发展起来，尽管光纤新应用中不能称为“主角”，但是作为元器件，在高功率激光器、航空航天、能源、海洋传感监测以及生物医疗应用等领域中都起到了不可或缺的作用。针对光电传感技术，有两套应用路线：一是希望充分利用现有光缆的基础，借助基础设施或者附近布设的标准石英单模光纤光缆通讯系统，（损耗已降至0.1 dB /km@1550 nm波长），对传输过程中的信息进行解调，用以检测基础设施的健康状况（对解调的要求较高，有一些安全方面的隐患）；二是通过优化通讯单模光纤，对某些指标的性能进行强化，例如：保偏、多芯、微结构、掺稀土元素、多组分玻璃、塑料光纤等，这些特殊光纤与石英标准单模光纤相比，结构、材料构成更为复杂，因此被称为“特种光纤”。但是不论哪一种技术路线，光纤都在逐渐形成地球表面的“神经”网络，对国防、工业进行“感知”。图：单模光纤导光原理图：光纤发展树%%%%%%%%research.95579.com502特种光纤结构发展历程随着物联网、大数据、云计算的兴起和发展，人类对通信有了更高标准的需求；与此同时，光电传感、激光器领域中大量的新颖应用，都需要利用不同的结构，或者化学元素，制备并合成更为可靠的、多样化的光纤。任何技术发展的目的都是为了解决某一实际问题，特种光纤往往是从定制化研究开始的。所以特种光纤的类型非常多，经过半个世纪的积累，可以梳理出一些规律（这里不考虑非光学应用的纤维）。特种光纤按照结构分类主要可以分为微结构光纤（典型代表：空芯带隙型光子晶体光纤）、多芯光纤、保偏光纤（典型代表：熊猫型保偏光纤）、异形芯光纤（典型代表：方形结构纤芯光纤）等。光学材料也有着不同的分类，石英玻璃材料是一种非常稳定的玻璃基材，经历数十年的考验和发展，可以通过人工合成严格控制玻璃纯度；稀土掺杂石英玻璃也是非常重要的一类光学材料，例如掺铒光纤放大器（EDFA），工作波长正好为石英玻璃最低的衰减波长（1550 nm），在光纤通讯领域的应用效果显著。光纤在使用过程中必然受到外部应力作用，使光纤表现出一定程度的偏振模色散，1972年F.P.KAPRON首次开展单模光纤双折射的研究，研究表明单模光纤的双折射特性和信息传输与光纤长度相关，为此，能够维持光波偏振态，减少偏振色散的保偏光纤（例如熊猫型保偏光纤）在20世纪80年代被广泛研究应用。第一根光子晶体光纤（PhotonicsCrystalfiber）诞生于1996年，其形状为固体纤芯被正六边形阵列的圆柱孔环绕，随后各种结构的空芯光子晶体光纤层出不穷，如1999年由巴斯大学光电组R. F. Cregan研究的空芯带隙光子晶体光纤，以及2010年由巴斯大学气相光子材料组研制的空芯反谐振光纤。光纤的衰减水平也持续优化，有赶超通讯单模光纤的趋势。图：特种光纤分类图：特种光纤结构发展历程资料来源：《特种光纤技术与产业发展趋势》长盈通（2023.02），长江证券研究所%research.95579.com603保偏光纤是特种光纤中发展最为成熟、应用较为广泛的一类保偏光纤是特种光纤中发展最为成熟、应用较为广泛的一类。在国内，保偏光纤在光纤传感行业中经历了若干个“五年计划”的发展，形成了成套制备及应用技术。目前商用保偏光纤产品中熊猫型保偏光纤占领着主导地位，主要应用于光纤陀螺（FOG）中，光纤的性能参数直接决定光纤陀螺的性能，是光纤陀螺中的敏感部分，也是至关重要的核心元件。目前，光纤陀螺与激光陀螺、MEMS陀螺的竞争越来越激烈，一系列新型陀螺仪也不断涌现，提高精度和降低成本成为必然。保偏光纤得益于光纤陀螺在航空、海洋环境的广泛应用，其衰减、偏振，非线性等光学性能以及几何尺寸控制方面得到了快速的优化提升，成为光纤陀螺应用中不可替代的核心部分。因此为实现高性能光纤陀螺器件的轻型化、低成本，保偏光纤的包层直径逐渐由125 μm演变为80 μm、60 μm，还出现了40 μm和更细的光纤。保偏光纤外径尺寸不断减小，如何在减小光纤外径的同时保持光纤的良好性能成为光纤设计和制造过程中的一大难题；其熔接对轴设备的国产化替代，也是同样需要进一步研究解决。图：各类保偏光纤的优缺点图：光纤陀螺小型化，保偏光纤发展趋势资料来源：《特种光纤技术与产业发展趋势》长盈通（2023.02），长江证券研究所%%%%%%%%research.95579.com704保偏光纤是特种光纤中发展最为成熟、应用较为广泛的一类基于石英玻璃材料制备的光纤经过几十年的发展，开发工艺程序基本定型，分为两步：（1）预制棒的制备（2）光纤预制棒拉丝。（1）传统单模光纤的预制棒制备工艺主要采用：改进化学汽相沉积法（MCVD），外部汽相沉积法（OVD），汽相轴向沉积法（VAD）和等离子体化学汽相沉积法（PCVD）。保偏光纤预制棒制备与单模光纤工艺类似，通过MCVD制备芯棒；对已沉积好的单模光纤预制棒进行打孔，即在纤芯两侧钻出用于布设应力区的两个尺寸一致的对称平行孔；应力棒是含了硼元素的掺杂石英玻璃；将应力棒（硼硅玻璃）分别套入两个孔内，形成完整的熊猫型保偏光纤预制棒；（2）光纤的“拉丝”是把预制棒拉伸成丝的“等比例缩小”过程。掺硼玻璃和石英玻璃存在不同的玻璃态温度，同时拉制过程中，可将应力固化在玻璃丝内，即在纤芯中引入了应力双折射。因为存在材料等热膨胀系数差异，保偏光纤相对于普通光纤更为“娇贵”，对切割、熔接、弯曲等应用操作的要求也很高。保偏光纤作为较为成熟的一类传感用的典型光纤，从保偏光纤的发展状况，也可以反映出其他特种光纤普遍存在的现象。保偏光纤经历了从进口到全产业链的国产化，尤其在光纤陀螺领域，不少行业专家评价说，国内的光纤陀螺技术已经逐渐从“并跑”达到了“领跑”全球。特种光纤发展的60年里，每一种光纤都有自己的发展