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中国光纤激光器的发展与展望

导读: 与传统的固体及气体激光器相比,光纤激光器具有很多优良特点,被誉为“第三代激光器”,全球光纤激光器的年度收入在2017年将以8%的速度增长,达到14.094亿美元。

光纤激光器,是使用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器。一般来说光纤激光器主要由泵浦源、隔离器、合束器、掺杂光纤等部件构成。泵浦源由一个或多个大功率激光二极管阵列构成,其发出的泵浦光经特殊的泵浦结构耦合入作为增益介质的掺稀土元素光纤,泵浦波长上的光子被掺杂光纤介质吸收,形成粒子数反转,受激发射的光波经谐振腔镜的反馈和振荡形成激光输出。

与传统的固体及气体激光器相比,光纤激光器具有激光光束质量好、能量密度高、电光转换效率高、散热性能好、结构紧凑、免维护、柔性传输、可加工材料范围广等优良特点,被誉为“第三代激光器”。光纤激光器电光转换效率可达30%-35%,是传统固体、气体激光器效率的几倍,非常节能环保。光纤激光器拥有的上述无可比拟的技术优势,使其广泛应用于雕刻、打标、切割、熔覆、焊接、表面处理等材料加工领域,正在逐渐取代各种物理加工、化学加工、印刷加工等传统加工方式。

随着美国IPG公司 2003年在中国卖出第一台调Q脉冲光纤激光器开始,商用的脉冲光纤激光器在中国市场的发展正式拉开帷幕。2004年,基于南安普顿大学为技术基础的英国SPI公司将MOPA可调脉宽光纤激光器以美国苹果公司产品的应用为契机推入了中国市场。自此之后长达5年时间里,中国光纤激光器市场(调Q光纤激光器与MOPA光纤激光器)被这两家激光公司垄断了近乎90%以上的份额。

2008年,武汉锐科推出了第一台国产商用调Q脉冲光纤激光器, 率先打破了美国IPG的垄断格局。2009年,锐科调Q光纤激光器已经开始小批量供应市场,并初步获得了市场对国产激光器的认可。2009年初,深圳杰普特首先推出国产商用MOPA脉冲光纤激光器,打破了英国SPI的垄断局面。紧接着,深圳创鑫也向市场推出了商用调Q脉冲光纤激光器产品。

经过这些年的发展,武汉锐科在中高功率连续光纤激光器领域,锐科、杰普特、创鑫等公司在脉冲光纤激光器领域逐步占据国内较大的市场份额,国产光纤激光器正在逐渐夺回中国市场。

截至2016年底,国产光纤激光器大小品牌已有二十余家,在与国外品牌的激烈竞争中,不断创新突破,发展速度越来越快。国产调Q脉冲光纤激光器主要供应商包括武汉锐科、深圳创鑫、深圳联品、中科光汇等;而深圳杰普特凭借MOPA脉冲光纤激光器的独特技术优势进一步巩固了自己的MOPA光纤激光器的行业龙头地位。甚至在中高功率连续光光纤激光器这一国外产品传统优势领域,也已经形成以武汉锐科为首的一批优秀的国产品牌:深圳创鑫、深圳杰普特、上海飞博、中科光汇、深圳联品、海富光子等。

根据Strategies Unlimited发布的研究报告,2016年全球激光器市场的年度总收入104亿美元,预计2017年将有望超过110.9亿美元,其中全球光纤激光器的年度收入在2017年将以8%的速度增长,达到14.094亿美元。

2016年度,中国有超过65万台中小功率激光加工装备应用于激光焊接、打孔、打标等领域;中功率激光切割机、焊接机装机量过万台;高功率激光机床的装机量超过2300台。2011年以来,我国激光加工行业的市场规模持续增长,到2016年已达到333亿元,具体情况如下:

image.png

数据来源:《2016年中国激光产业回顾与展望》,中国光学学会激光加工专业委员会

2013年至2016年,我国国产光纤激光器的销售台数逐年连续增长,具体如下:

image.png

数据来源:《2016年中国激光产业回顾与展望》,中国光学学会激光加工专业委员会

国产低功率光纤激光器主要用于3C产品打标、微雕等精细加工领域。国产中功率光纤激光器广泛应用于金属薄板切割和焊接领域,预计未来几年销量将保持快速增长。国产千瓦级以上的高功率光纤激光器主要应用于激光切割、打孔、焊接等工业领域,随着我国汽车行业轻量化的推进和复合材料加工市场的应用拓展,高功率激光器具有良好的发展前景。未来几年,我国激光产业的应用热点领域将包括激光清洗(除油漆、除油污、除氧化层、清洗螺杆、除锈、清洗焊缝、模具修复等)、激光焊接、超快脉冲皮秒/飞秒激光器应用等。

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