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光纤激光器发展现状及趋势-湖南大捷智能装备有限公司

  激光市场的竞争日益强烈。新技术、新应用以及现有技术的不断改进都在不断改变着市场的格局。产生于60 年代,发展于90 年后的光纤激光器凭借着她的先天性优势不断地扩充自己的地盘,全面向光通讯、大功率激光加工、激光医学、生物技术扩张,特别是她在激光加工和光通讯方面的发展潜力,让业界叹为观止,这位市场的新宠或许会在未来的某一天取代传统激光器。

  一、光纤激光器原理及特性

  利用掺杂稀土元素的光纤研制成的光纤放大器给光波技术领域带来了革命性的变化。由于任何光放大器都可通过恰当的反馈机制形成激光器,因此光纤激光器可在光纤放大器的基础上开发。目前开发研制的光纤激光器主要摘用掺稀土元素的光纤作为增益介质。由于光纤激光器中光纤纤芯很细,在泵浦光的作用下光纤内极易形成高功率密度,造成激光工作物质的激光能级“粒子数反转”。

  和半导体激光器相比,光纤激光器的优越性主要体现在:光纤激光器是波导式结构,可容强泵浦,具有高增益、转换效率高、阈值低、输出光束质量好、线宽窄、结构简单、可靠性高等特性,易于实现和光纤的耦合。

  我们可以从不同的角度对光纤激光器进行分类,如根据光纤激光器的谐振腔摘用的结构可以将其分为Fabry-Perot腔和环行腔两大类。也可根据输出波长数目将其分为单波长和多波长等。

    对于不同类型光纤激光器的特性主要应考虑以下几点:

  (1)阈值应越低越好;

  (2)输出偏振态;

  (3)输出功率与抽运光功率的线性要好;

  (4)能量转换效率;

  (5)模式结构;

  (6)激光器工作波长等。

  二、中国光纤激光器发展现状及趋势-湖南大捷智能装备有限公司

  顾波博士表示,目前国内做工业光纤激光器的公司大约有15家左右,大多数是自2010年以后由海外回国的学子创建。一半以上还有国内顶尖研究所的背景。这恰恰显示了光纤激光技术和应用市场对资本市场和人才市场的吸引力。但是由于海回人士各自为战的创业模式,他们均只带回了某一项或几项技术和工艺,而无法独立将整个光纤激光器制造的产业链带回,因此在创业初期几乎所有的公司都不同程度地依靠进口的关键零部件,有的干脆组装进口为切入口,先占据应用市场。随着市场的扩大,一些公司开始第二阶段的投资,研发生产自己的关键零部件以及专利,并在国内逐步形成上游关键器件的产业链,如光纤耦合器、模式适配器、声光调制器、光隔离器等,为下一步的扩展和成本控制奠定了一定的基础。

  业内一般将平均功率在100W以下的激光器称为低功率激光器,100-1000W为中功率激光器,1KW以上的称为高功率激光器。

  低功率

  应该说工业光纤激光器在中国的最早突破口是激光打标市场。从5-50W,连续或脉冲,其中以10W和20W脉冲为主。这也正好给光纤激光器制造商提供了机会,因为低功率远比高功率容易做成。

  值得争议或探讨的是,这里面一部分市场是通过大幅度降低价格,用几乎接近成本的价格取得的。这虽然给走在前面的几家厂商以足够的量来促进生产规模,提高质量,和降低成本,但给整个行业带来了“有可产品却无法盈利”的尴尬局面。值得庆贺的是,打标机由于光线激光器而变得简单可靠,出口占据国际市场成为现实。可以说,在低功率市场,国产光纤激光器将很快分的半壁江山。

  中功率

  一是技术发展的自然趋势,二是为了生存,三是为了进入比打标更大更能盈利的市场,光纤激光器制造商都在往中高功率延伸。

  中功率的应用市场包括金属薄片切割和焊接,还有三维切割等。这是传统YAG的市场。现在已受来了光纤激光的冲击,由于市场竞争还没有白热化,因此还有较大的利润空间。同时,光纤激光器厂家还摘取了各自不同的市场和产品策略,以求生存和发展。有的与系统集成商联手,共同开发光纤激光加工系统。有的干脆自己也做系统。由于市场大,地区广,应用多,所以各种模式均有成功的机会。

  高功率

  从利润和销售额来看,光纤激光器最大的市场在千瓦级以上的应用。目前来讲,二维钣金切割是千瓦级光纤激光器的主要应用,国内的大功率切割机市场每年有近两千台的需求。高功率激光的焊接和其他应用,市场潜力更大。正由于此,国内大厂家均瞄准了高功率产品。

  从技术层面上来讲,高功率光纤激光器分单模和多模。将几个较低功率(低于千瓦级)的单模光纤激光输出合成一个千瓦级的输出应远比千瓦级的单模输出要容易。虽然,能取得多大功率的单模输出代表着高功率光纤激光器厂家的技术水平,但从原则上说,能取得几百瓦单模光纤激光输出的厂家均能做出千瓦级的多模光纤激光器。而大部分工业应用,如中厚钣金切割和焊接,并不需要单模。

  种种迹象表明,国产工业光纤激光器的市场推广即将或已来来。与国外同类产品的竞争即将展开。

   展望和期望

  1、国产光纤激光器的功率会越来越高。千瓦级的工业激光器会在一年之内进入市场。

  2、国产光纤激光器有望在两年内占据中国市场60%的份额。

  3、国产光纤激光器的质量会连续改进--这是由强烈的竞争所决定的,劣者会被市场所剔除。

  4、随着市场的扩大,投资,研发和生产国产的关键部件(包括增益光纤和抽运源)以及申请专利的力度会加大,并随着自主研发关键部件的增加,成本会得来进一步的控制。这是在市场上最后取胜的关键。

  5、能否将各激光厂家联合起来,制定出一套利于良性竞争的市场行规和业内共识,是光纤激光器市场,特别是高功率光纤激光器市场,不沦陷为另一个打标市场,也即恶性竞争的关键。

  6、政府支持的力度还会加大。但方式应有所改变。国家必须从宏观层面出发,组织和和谐单个公司或机构没法迅速解决的高、大、难的技术及工艺攻关项目。

  7、非1μm波长的光纤激光器的应用,以及皮秒和飞秒光纤激光器的应用,会进一步地开发出来。光纤激光器在微加工领域的应用即将成为另一个两点。

  8、受来光纤激光器冲击的二氧化碳激光器和碟片激光器正以改良后的产品反过来向光纤冲击。它们的成本和可靠性都已经今非昔比,不可忽视。

  9、新一代的半导体激光器,由于其高亮度的不断改进提高,已经在钎焊,熔覆和表面处理给光纤激光形成了很大的市场压力。据目前的信息判定,用半导体激光器来直接切割钣金,应该不会太遥远了。新一代的半导体激光器挑战光纤激光器,将会是又一场类似光纤激光器替代二氧化碳激光器的变革。

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