ICC訊 2023年度中國光學十大產業技術評選中，有這樣一家企業：他們聚焦特種光纖，以非金屬元素石英摻雜技術為核心，構建常壓微波等離子體技術體系，所研發的“常壓微波等離子體合成石英制備與加工技術”在100余項技術中脫穎而出，榮獲2023年度中國光學十大產業技術提名獎兼人氣獎。

  它就是剛剛成立3年的武漢市飛瓴光電科技有限公司(以下簡稱“飛瓴光電”)。飛瓴光電秉承“馭光守正，創新推動科技向善”的使命，致力于加速特種光纖裝備技術與制備技術國產化升級進程，光電匯編輯采訪了飛瓴光電董事長童維軍，為我們講述這項獲獎技術的特殊的制備工藝魅力所在。

飛瓴光電董事長 童維軍

  自主研發，實現關鍵裝備國產化

  光纖，這個應用最為廣泛的“無源器件”，數十年來支持著人類社會的電話、電視和互聯網服務。隨著人工智能推動超算需求增長，“光進銅退”成為大勢所趨，普通光纖已無法滿足所有需求，特種光纖應運而生。

  根據《2024中國激光產業發展報告》，2023年中國激光器用特種光纖市場銷售收入為16.6億元。然而，高技術門檻和工藝難度，以及美國等國家的出口限制，導致我國在關鍵技術和原材料上依賴進口，國產化亟待加強。

  在創立飛瓴光電前，童維軍曾在線纜行業標桿企業從事了22年研發和新業務拓展工作，作為技術型高管，他一直在參與和主持涉及光纖光纜類“973計劃”、“863計劃”、國家科技支撐計劃、國家重點研發計劃等科研項目，談起特種光纖的制備工藝他如數家珍。

  “縱向來看，國產的特種光纖預制棒制備工藝，主要是由以前通訊光纖預制棒制備的四種工藝改造而來，這也就意味著它們在針對非金屬元素摻雜存在一定的技術瓶頸。”童維軍介紹道。

  傳統的四種制備工藝指的是OVD、VAD管外水解法和MCVD、PCVD管內法。其中，OVD和VAD管外水解法難以實現高摻雜濃度和折射率徑向分布的精準控制。MCVD管內法難以實現低成本與高效率沉積。PCVD管內法難以制作大芯徑芯棒，沉積速率低，高溫熔縮易導致摻雜元素的擴散和二次揮發。

  而德國知名企業采用常壓射頻等離子體外形沉積工藝壟斷了深摻氟合成石英材料的供應鏈。升級的MCVD沉積工藝壟斷系列有源光纖的制備技術和裝備技術。

  “從橫向來看，國內半導體行業、芯片行業甚至光伏行業，已經從負壓等離子體制備走到常壓等離子體制備這個進程，所以我們也考慮，有沒有可能在常壓條件下用等離子體實現摻雜和沉積。”

  概念有了，童維軍迅速利用校企合作的平臺驗證它的可行性。

  “第一步要完成的就是驗證能不能把常壓的氣體、蒸汽等穩態電離;第二步要把常壓的火炬拿來做四氯化硅和玻璃的摻雜;第三步則是做裝備技術和工藝穩定性研究。”童維軍解釋道，“我們非常幸運，用了一年半左右的時間就完成了常壓微波等離子體技術從概念到設備穩定性驗證，再到摻雜工藝平臺的三步走，代表性深摻氟包層材料也達到了可替代進口材料的水平。”

  憑借自主研發實力，飛瓴光電成功實現了兩項關鍵裝備的國產化：一是適用于石英材料熱加工的常壓微波等離子體熱處理平臺;二是常壓微波等離子體外沉積裝備平臺，該平臺集成了微波等離子體激發、機械及控制系統。

  依托這兩大自主研發的裝備平臺，飛瓴光電進一步掌握了兩大核心技術：

  一是常壓微波等離子體石英熱加工技術。該技術摒棄了危險氣體氫的使用，無需建設供氫設施，且預制棒中的羥基含量極低，無需脫氫處理，同時減少了氯氣的使用，具有環境友好性和高能量轉化效率，相較于傳統電感線圈加熱方式，微波能量轉化效率超過90%;

  二是非金屬元素摻雜技術。該技術能夠直接制備出玻璃態的光纖預制棒，省去了脫羥處理和燒結玻璃化的步驟，摻雜元素濃度顯著提高。飛瓴光電所生產的F-SiO2預制棒已達到0.19的數值孔徑(包含工藝固有的應力折射率)，摻雜元素測試濃度最高可達5.3 mol%，摻雜濃度和大棒幾何尺寸等技術指標已達到國外先進產品的性能水平。此外，該技術適用于多種形狀和大尺寸的靶棒，工藝靈活性高，特別適宜于各類傳能和傳感光纖的制造。

  獨辟蹊徑，引領差異化新賽道

  “當前光電行業對高性能石英材料的需求背景是多方面的。”談及飛瓴光電如何在激烈的市場中立足，童維軍說道：“在光通訊行業，隨著5G、6G等新一代通訊技術的部署，對光纖的傳輸速度和容量提出了更高的要求，高性能石英材料因其低損耗、高透明度和良好的熱穩定性，成為制造高速光纖的關鍵材料。同時，在光纖激光器、光纖傳感器等高端應用領域，以及核電、航空航天、醫療設備等特殊環境下的工業應用中，對石英材料的純度、均勻性和結構精度要求極高。在半導體行業，石英材料用于制造光刻掩模、晶圓承載器等關鍵部件，對材料的純度、平整度和應力控制要求極高。在光電集成電路領域，石英材料作為襯底材料，替代了傳統的有機材料。這要求石英材料具有高純度、低結構缺陷和良好的平整度，以支持高密度的電路設計和制造。”

  “從以上三個領域對石英材料的要求來講，我們相對于水解法和管內法有一個明顯的短板，那就是我們的材料利用率較低，因此在常規波導材料制造中，我們的技術并不是最優選擇。”童維軍解釋道，“我們的優勢在非金屬材料的深摻雜方面，因此能夠在特定的細分領域和高端應用市場占據一席之地，尤其在那些需要精準控制非金屬元素濃度的應用中，比如康寧的7979系列產品。”

  從基礎機理問題到實際裝備落地，再到工藝實現的全面創新，飛瓴光電在石英材料制造領域開辟了一個新的技術路徑。“我們可以很自豪地講，我們的核心技術體系是面向國產化的制備技術原創和裝備技術自主可控，不是仿制老外的常壓射頻等離子體，也不是模仿現有PCVD的負壓等離子體技術。”

  隨著光電市場的不斷發展和成熟，過去幾年，整個行業飽受“價格戰”之苦。童維軍認為，這種機會主義的商業行為會造成“劣幣驅逐良幣”的惡劣現象，最終影響整個行業的健康發展。

  “我們處于光電行業產業鏈的上游，但我們不愿意成為價格殺手，不愿意通過降低價格來破壞市場秩序，而是更傾向于通過技術創新和性能提升來為行業貢獻價值。這種策略事實上有助于維護行業的良性競爭環境，避免過度內卷和價格戰，從而回歸商業本質。”

  “技術的進步，能夠為整個產業鏈帶來兩個方面的利益：一是性能提升的價值，二是通過規模效益和技術能力降低成本。”童維軍表示，一旦實現了規模化，飛瓴光電愿意與行業分享這些成果。目前，飛瓴光電的重點關注仍然是通過性能改進和提升來為各行業貢獻價值。

首席科學家黃巍教授匯報飛瓴光電常壓微波等離子體制備技術。左圖是合成摻雜石英沉積平臺;右圖是化學配方調配實驗平臺

  核心技術支撐，賦能細分市場

  飛瓴光電并不局限于單一市場，而是聚焦通信傳感、工業激光、軍工核電、生物醫療、能源交通等五大領域提供關鍵原材料、光纖預制棒、特種光纖與衍生產品及解決方案的定制化服務。

  成立一年多，飛瓴光電就進入規上企業。2024上半年，飛瓴光電更是完成了2023同期雙倍的營收，增長如此強勁，這與飛瓴光電的技術路線和戰略規劃分不開。

  技術路線，童維軍總結了“3+1”條技術路線。“3”指的是“常壓微波等離子體熱處理技術”、“常壓微波等離子體外沉積制備技術”以及“常壓微波等離子體管內沉積制備技術”，在機理上用好常壓微波等離子體火炬的物理熱處理和適合非金屬元素高效化學反應的特征，在裝備上從硬件功能部件到軟件源代碼實現國產化自主可控，在制備技術方面面向應用場景用足常壓微波等離子體對非金屬元素深摻雜技術的優勢，重構特種光纖性能突破。

  “其中，前兩類技術我們已經實現了規模化投產。”童維軍解釋，“第三類技術進入工藝驗證和產品試制階段。我們團隊有堅強的意志和決心，把行業已具備的臨界絕對真空度的沉積技術提升到常壓狀態的大棒管內沉積技術，以提升在強激光、強輻照、強電磁、耐高溫和極寒環境下光學材料原有性能的天花板。”

  “1”則指的是正在開發的常壓微波等離子體火炬用于制備微納結構平面波導，童維軍稱之為“預言類技術”。它涉及到等離子體化學反應機理與光學材料制備技術的結合。這種技術在光學材料和半導體行業中的應用，特別是在光學襯底材料的生產上，已經顯示出其效率和潛力。“事實上，這個技術開發出來不僅能夠推動現有光學材料的技術進步，還為未來的光電子新材料和應用開辟了新的道路。這種前瞻性的技術開發對于我們保持行業領先地位和滿足未來市場需求也至關重要。”

  對于公司未來的發展，童維軍表示，飛瓴光電將主要立足于核電軍工、工業激光市場，同時兼顧通感知多模態工業光網絡的應用場景。“工業激光市場的民用化是一個重要的發展方向，光纖激光器已深度進入消費電子領域。另外，自動駕駛、核電和汽車行業對光纖的通信與傳感功能需求也日益增長。飛瓴光電正在進行細分市場調研和預演階段的工作，圍繞核心技術體系，加速構建和補充脆性材料加工平臺、光纖拉絲平臺、光纖衍生產品制造平臺、測試平臺，旨在為這些新興領域提供基礎光學材料+新型預制棒+系列化特種光纖+光纖組件的產品組合工具包，面向客戶應用場景提供專業定制化的光纖解決方案。”