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光纤激光器的发展及市场分析
新特光电集团 2017-05-08 742

光纤激光器作为目前最为活跃的激光光源器件,是在EDFA技术基础上发展起来的技术,它是激光技术的前沿课题。

光纤激光器是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器,光纤激光器可在光纤放大器的基础上开发出来: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”,当适当加入正反馈回路(构成谐振腔)便可形成激光振荡输出。

早在1961年,美国光学公司的E.Snitzer等就在光纤激光器领域进行了开创性的工作,但由于相关条件的限制,其实验进展相对缓慢。而80年代英国Southhampton大学的S.B.Poole等用MCVD法制成了低损耗的掺铒光纤,从而为光纤激光器带来了新的前景。

随着光纤通信系统的广泛应用和发展,超快速光电子学、非线性光学、光传感等各种领域应用的研究已得到日益重视。其中,以光纤作基质的光纤激光器,在降低阈值、振荡波长范围、波长可调谐性能等方面,已明显取得进步,是目前光通信领域的新兴技术,它可以用于现有的通信系统,使之支持更高的传输速度,是未来高码率密集波分复用系统和未来相干光通信的基础。目前光纤激光器技术是研究的热点技术之一,未来一段时间内光纤激光器仍将成为激光器领域的主流声音,成为各大激光企业的必争地。

光纤激光器市场迅速扩大

工业激光器市场由集成于材料加工系统并用于工业制造环境的激光器市场组成,目前该市场已经从2008/2009年的全球经济衰退中快速复苏。光纤激光器的标记应用以及二极管泵浦固体激光器的微电子领域应用——主要是用于制造部分平板显示器、智能手机和平板电脑,引领了这一复苏过程。

目前最活跃的工业激光器技术是光纤激光器,它能够装配在输出不同高/低功率的设备上。低功率脉冲和连续波光纤激光器已经革新了全球的标记和雕刻工业,替代了灯泵浦和二极管泵浦固体激光器,用户看重其更高的效率以及较低的维护运营成本。目前每年向全球系统集成商运输成千上万台此类激光器,装配这些激光器的系统售价合理,产品可靠性也高。人们公认,中国可能是这些光纤激光标记系统的最大市场。2012年,用于标记系统的光纤激光器,其全球市场容量是2.61亿美元。

高功率光纤激光器快速成为金属板切割领域的一种突破性技术,从2007年较低的年度销售额增长到目前的市场容量——超过2.67亿美元的1000多台千瓦级光纤激光器已经集成于钣金切割机之内,占领了高功率CO2激光器以前曾拥有的20%~25%的市场。目前,12个国家内超过28家系统集成商向市场提供用于金属板切割的光纤激光器系统,估计光纤激光器系统的市场总值接近10亿美元。光纤激光器的用户数量快速增长,已经产生了新的竞争,2012年三家供应商在欧洲和美国举办的国际博览会上推出了可集成于金属板切割系统的光纤激光器。这三家供应商分别是天田(Amada)、罗芬(Rofin Sinar)和海宝(Hypertherm)。通快(Trumpf)以28亿美元的销售收入成为最大的工业激光器及系统制造商,目前它已经调整其独有的碟片激光器技术,用于高功率切割、焊接和表面处理应用。这种产品结实耐用,工艺精湛,很快得到了汽车工业的认可,可用于切割汽车车身结构中的高强度轻型钢材,以及作为通快激光金属切割系统配套的激光源,它是光纤激光器的直接竞争者。通快公司的报告表明,其已经在过去两年内销售了数百台碟片激光器。

使用高功率CO2激光器和光纤激光器的金属加工是业界占比最大的激光器应用领域,占激光器总销售收入的70%。其中,金属板切割应用于2012年实现了近50亿美元的激光器系统销售收入。目前,高功率光纤激光器占有这一市场领域的20%以上份额,正以极快的速度增长,以替代CO2 激光器作为主要能量来源。

激光标记占有激光器总销售收入市场份额的17%,是光纤激光器替代灯泵浦和二极管泵浦固体激光器赢得市场份额的另一个领域。今年,光纤激光器占标记应用领域内激光器总额的73%。由于大规模制造的成本降低,光纤激光器的“成本/瓦特”比率正在下降,这种激光器正赢得微加工的市场份额——以前此应用领域可是固体激光器的天下。目前,微加工仅占有大约7%的总应用市场,但是,专家相信,当超快脉冲激光器开拓出新机遇时,微加工领域将呈现出极高的年增长率。

2012年,激光器的全球总销售收入与2011年的报告相比,显示出温和的7%增长,达到20多亿美元。2012年工业激光系统市场价值接近75亿美元,预计2013年这些市场将增长2%~4%,全球市场由于欧洲的严重经济问题、美国的政府政策变化以及亚洲国家的经济减速而导致经济增长放缓。表5显示,与2011年相比,工业激光器在全球的装配分布没有出现大幅变化,亚洲继续领先,是最大的市场,几乎占有全球装配总数的50%。欧洲正面临着市场压力,约占31%的份额,北美2012年的制造经济强劲,赢得了17%的份额。

我们可以看出,虽然激光行业正遭受着低潮,但是激光工业应用仍显示了增长的趋势,其中光纤激光器的增长态势尤为抢眼。亚洲的制造业升级以及美国重振制造业这些都为光纤激光器的应用扩大提供了很好的机遇,市场对于高效地新一代工业级光纤激光器需求扩大。

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