细如发丝的硬核突破！泰山学院自研全自动光纤拉锥机，已具量产条件

“光纤”是信息时代的“超级大动脉”，小到人们生活中使用的手机信号、宽带网络、高清视频，大到云数据、AI 算力，全靠光纤高速打通。在这条“高速公路”上，“光纤拉锥机”就是造出这些核心器件的关键设备。近日，泰山学院微纳光电技术与智能应用实验室传来喜讯：高志刚团队自主研发的全自动光纤拉锥机，中试阶段成果完成率超95%，已具备量产条件。该技术攻克了国内光纤无源器件生产的技术瓶颈，并大幅提升产品质量的一致性和稳定性。

打破国外技术壁垒

校企联姻“磕出”科创成果

‌光纤无源器件‌是指在光纤通信系统或光网络中，‌无需外部电源供电‌、‌内部不发生光电能量转换‌，就能实现对光信号进行传输、分配、耦合、隔离、衰减、滤波等处理的基础光电子器件。光纤拉锥机通俗地讲就是给光纤“做整形手术”的精密机器，用高温把光纤烧软，再精准拉伸，把光纤变细、变锥形，或把多根光纤熔在一起，用来做光通信中的分光、耦合、传感等核心器件，为信号传输打造各式各样的“枢纽”。

“我们的研究，核心是把125微米的光纤拉得更细，拉到几微米，甚至是几百纳米后再进行相应处理。”泰山学院物理与电子工程学院副教授、工学博士高志刚解释道。

125微米的电信光纤，是近年来国内外在光纤通信领域实现微型化和高密度部署的重要技术突破。光纤到底有多细？普通成年人的头发丝直径约为60至90微米，也就是说，这条光纤粗不过两根头发丝，用“龙须”形容毫不夸张。

泰山学院微纳光电技术与智能应用实验室致力于高速光通信、新型光传感、光纤拉锥技术及光纤无源器件、通信传感融合等方向的研究，光纤拉锥机是重要的实验工具。“我们考察了国内的光纤拉锥机生产厂家，发现最好的厂家就在‘家门口’！”高志刚兴奋地说道。

高志刚口中“家门口的厂家”，是位于泰安高新区泰山科技创业城的山东凯普乐光电科技有限公司。这家成立于2014年的公司，从事光纤传感器相关无源器件生产及无源器件制造设备的研发与生产，主推设备为各种热源的光纤熔融拉锥机，其半自动光纤拉锥机曾于2017年出货量达全球第一，这正是高志刚团队需要的。

“因为光纤太细了，起初我们做实验时处于‘半自动’状态，仍需在显微镜下对光纤拉锥机进行人工操作。”高志刚说，“人工操作不稳定，误差大，影响实验数据，因此我们考虑使用‘全自动’的光纤拉锥机。”经过调研，当时全自动光纤拉锥机尚属空白，想要“全自动”，除了“自己造”，没有第二条路。

“一拍即合！”山东凯普乐光电科技有限公司总经理孙伟用4个字评价与高志刚团队的深度合作。‌合作过程中，校企双方分工精准明晰：高志刚团队依托专业优势开展光纤相关技术研究，企业聚焦自动化生产研发，组建专项研发团队。

“掉头发，晚上睡不着觉，这都是常态，好在我们坚持下来并成功了。”如今再说起研发过程，高志刚也能风轻云淡了。经过一年半的科研攻关，2023年，高志刚团队设计完成了首台全自动光纤拉锥机样机的制备。目前，双方合作项目已完成中试、良品率超95%，具备量产条件，仅剩余封装环节即可实现成品市场化销售。对企业来说，自动化意味着成本的降低和效率的提高，“降低成本一半以上，虽然目前效率提升不明显，但是机器可以24小时工作，这就意味着比人工效率提高。”高志刚坦言。

“从早年引进国外光纤拉锥设备进行技术消化吸收，到如今实现自主研发并产业化，校企合作正持续推动关键设备国产化替代，打破国外技术壁垒。”孙伟很是感慨。

打破学科边界壁垒

倾才倾力“干出”研发突围

从“半自动”到“全自动”，字面上只是一个字的变动，然而对于科研人员来说，要付出外人难以想象的努力。

“说实话，起初我的研发信心并不大。”高志刚直言不讳。艰难的过程如何度过的？这还要从高志刚的求学经历说起。

高志刚是土生土长的泰安人，大三时的考研决定，改变了他的人生轨迹。高志刚在考研复习中全力以赴，最终以优异的成绩脱颖而出，师从对他影响深远的导师——哈尔滨工程大学物理与光电工程学院教授、博士生导师及光功能玻璃与器件团队负责人任晶教授。

在任晶教授的悉心教导下，高志刚专业水平不断精进，博士期间发表了8篇高水平SCI论文，获得了国家留学基金委公派留学全额奖学金。国外公派联合培养的经历，不仅拓宽了高志刚的国际视野，也为他日后的科研工作积累了宝贵经验，使他在面对科研难题时能够从容自信。

“博士毕业后，我选择回家乡。我觉得这是我跟学校的‘双向奔赴’吧。”2021年1月，高志刚正式到泰山学院任教。

建实验室。在信号传输方面，光纤有着不可替代性，要想在此领域有所突破，需要科研实验室的大力支持。当高志刚向泰山学院表达组建实验室的意愿后，受到了学院的高度重视。2022年11月，“微纳光电技术与智能应用实验室”挂牌成立，高志刚的科学研究有了“大本营”。

组科研团队。科研攻坚并非一人之功，正所谓人心齐，泰山移，靠团队聚力方能攻克难关、突破瓶颈。高志刚研究领域涉及物理学、光学、精密机械、电子信息、计算等多个学科，仅靠个人学科无法完成。对此，学院给予大力支持，根据高志刚科研所需，吸纳了多个学科的博士加入团队。

寻合作伙伴。高志刚团队与山东凯普乐光电科技有限公司的合作，开启了校企融合、校城融合的新篇章，双方共建实验室，共同推动泰山学院优势特色学科与地方区域经济发展高度融合。

在泰山学院的全方位支持下，高志刚团队也交出了亮眼的科研答卷：

2024年，以高志刚博士为论文的第一作者，哈尔滨工程大学任晶教授和华南理工大学董国平教授为论文的通讯作者，泰山学院为第一完成单位的《Robust low threshold full-color upconversion lasing in rare-earth activated nanocrystal-in-glass microcavity》（《稀土激活的纳米晶复合玻璃微腔中的稳健低阈值全色上转换激光发射》）在《Light: Science & Applications》（《光：科学与应用》）发表。《Light: Science & Applications》，是《Nature》系列刊中极具影响力的光学类期刊。该项研究，首次在纳米晶复合玻璃中揭示了室温下稀土离子超低阈值连续上转换激光的发射：以980纳米连续波激光器激发加有“稀土掺杂氟化物”纳米晶复合玻璃微球时，保障了超低阈值连续全色上转换激光输出，搭建的全固态微球激光系统能够实现6小时连续激射无衰减。这是使用粉末熔融法批量制备高品质微球工艺的重大突破。

2026年科研项目频出，团队崔鲁贵博士主导的光纤侧抛机已于2月份交付使用，为光纤末端精密磨抛加工，提升光纤质量打下坚实基础；姬应科博士持续开展纳米晶复合玻璃微腔在多波段低阈值激光发射的深度研究，为高灵敏度传感、非线性效应提供更多可能的应用需求；刘永刚博士在二氧化碳激光器研发方面也取得了重大进展。

校企融合带来的现实成果，同样令人欣喜——

从进口到国产：山东凯普乐光电科技有限公司的全自动光纤拉锥机生产，突破了高端全自动拉锥装备进口依赖与技术瓶颈，在原材料供应充足的情况下，2周即可生产一台，每台机器产能可轻松打破人工日产器件200余件的高峰；

从人工到机械：依托机器人技术、智能算法等前沿技术，企业打造了非人形工业机器人生产体系，大幅降低对人工的依赖，解决了用工难、产业外流等难题；

从1到0：在技术人员培养上，半自动光纤拉锥机时期，企业培养一名合格操作员的周期大约为1年，而使用全自动光纤拉锥机后，将熟练操作员培养周期从约1年大幅缩短至快速上手；

从1到X：依托校企合作科研成果，企业正持续拓宽产品研发赛道，从单一产品生产向多品类拓展，未来将可兼容更多型号，并延伸至光纤传感、集成光学、激光器件等领域。

2025年，山东凯普乐光电科技有限公司入选了国家级科技型中小企业。

打破产教研学壁垒

实用性授课“磨出”育人质量

近年来，高志刚主持国家自然科学基金、山东省自然科学基金、山东省高等学校青创团队以及企业横向技术课题等项目7项，在国际知名期刊发表学术论文20余篇，授权国家发明专利7项。“结合我的经历，我最深的感受是要将企业需求反哺大学课堂，开展实用性和针对性的授课，培养更符合企业需求的学生。”高志刚说。在教学工作中，高志刚提出了多元化教学方法和个性化培养方案，希望通过产学研合作实践基地为学生提供更多实践机会，让他们在实践中锻炼能力，培养创新精神。

泰山学院2022级物理学本科生赵瑞，入学后一直跟随高志刚参与镍离子掺杂纳米晶复合玻璃微球设计、制备及其激光性能研究工作，成功申请国家发明专利一项，并在中国科技期刊卓越行计划期刊、EI核心、中文核心期刊《硅酸盐学报》上发表题为“镍离子激活超宽带近红外发光微晶玻璃研究进展”论文。赵瑞说：“高志刚教授对我帮助很大。最开始，我还不会看文献，他便从最基本的教起。做实验时，一开始我对实验流程很生疏，实验过程很笨拙，高教授却很有耐心，一步步教我该如何去做，教会我许多理论知识与实践技巧。”

杨宇龙是由泰山学院与哈尔滨工程大学联合培养的硕士研究生，科研方向是光学玻璃领域。在高志刚的指导下，杨宇龙立足氟化物玻璃体系，重点开展玻璃上转换发光动态调控的相关研究，其间自主完成设备搭建工作，顺利推进应用验证环节，相关成果以“Distance and Temperature Sensing Fluorosilicate Glass with Modulated Upconversion Luminescence”为题发表在国际光子学领域权威学术期刊《Laser & Photonics Reviews》（中科院一区Top期刊，IF=10）上，杨宇龙为第一作者，高志刚为通讯作者。“科研之路从非一帆风顺，在研究过程中，我也曾遭遇很多难题。在高老师的帮助下，我深刻感受到科研需秉持耐心、注重细节，更要提前做好规划与前期调研，把实验所需的各项准备工作做足做细，这也成为我后续科研路上的重要准则。”杨宇龙说。

从教以来，高志刚先后指导学生在中国国际大学生创新大赛、“挑战杯”等赛事获得省级以上学科竞赛奖励10余项。“科研是一场马拉松，我希望学生们能在科研道路上找准自己的方向，脚踏实地前行。”高志刚表示。如今，在高志刚科研团队中，学生数量约占20%。

一根细如发丝的光纤，架起科创赋能产业的桥梁；一次深度校企牵手，闯出国产设备突围的新路。眼下，更多前沿技术正走出实验室、走进生产线，更多实战课堂扎根校园、育出实用英才。未来，泰山学院还将持续深化产教融合、科创联动，以硬核科研助力产业升级，以精准教学赋能人才成长。

（大众新闻记者 李培乐 通讯员 王磊斌 张振男 刘辉）