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技术科普:读懂常见的激光器件原理以及发展

虽然目前国内企业在激光器件方面取得长足进步,但是某些关键器件及产品品质方面仍有很大差距。据悉,抽运源封装、抽运耦合器、激光合束器、特种光纤、激光传输组件等已实现国产化,国内激光器件正逐步摆脱国外企业的依赖。为此,2021年国内激光企业开始第二轮发力,逐渐完善全产业链布局及提升产品品质和性能。

激光材料加工激光器在经历大功率CO2激光器、大功率固体YAG激光器后,目前正在朝着半导体激光器光纤激光器的方向发展。激光器作为激光加工系统设备的核心器件,按照激光工作物质类别的不同,可分为气体激光器、固体激光器、光纤激光器等。目前市场青睐有加的光纤激光器是用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器,在泵浦光的作用下多次穿过光纤可形成高功率密度光源,造成激光工作物质的激光能级“粒子数反转”,适当加入正反馈回路便可形成激光振荡输出,具有电光转换效率高、高可靠性、结构简单等优点。

近年来,受益于动力电池、OLED、汽车、钣金、PCB 等加工设备的需求,国内激光加工设备市场规模整体呈现出上升趋势。激光行业的蓬勃发展也大大带动了激光器件的增长。

激光器构成离不开激光器件。目前,光纤激光器件按照功能可以分为隔离器、合束器、波分复用器、分束/耦合器等。

隔离器只允许光沿一个方向通过而在相反方向阻挡光通过。在光纤激光器中,由于激光器对来自连接器、滤波器等的反射光非常敏感,隔离器通常被使用在光路中用来避免光路中的回波对光源、泵浦源以及其他发光器件造成的干扰和损伤。隔离器原理基于磁光晶体的法拉第旋转效应,即同一波长的正向入射光及反向入射光的偏振面都向同一个方向旋转同一个角度,而与光束传播方向无关。光隔离器特点是高隔离度、低插损;高可靠性,高稳定性;极低偏振相关损耗和偏振模色散。

最早多模光纤合束器由美国的IPG 提出。合束器是光纤与光纤之间进行可拆卸连接的器件,通过光纤精密熔接技术,使发射光纤输出的光能量最大限度地耦合到接收光纤中去,并使由于其介入光路而对系统造成的影响减到最小。在一定程度上,合束器的功率特性直接影响光纤激光器最终输出功率及转换效率。分束/耦合器将一根光纤内的信号按照波长、偏振等特性,将信号能量重新分配到不同光纤内。耦合器作用是将光信号转化成电信号,使得两个光纤头截面光纤口导通。

波分复用器将各种不同波长的光信号在发送端经复用器汇合在一起,并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输的技术;在接收端,经解复用器将各种不同波长的光信号分开,然后由光接收机作进一步处理以恢复原信号。在同一根光纤中同时让两个或两个以上的光波长信号通过不同光信道各自传输信息,称为光波分复用技术。波分复用能够增加光纤传输容量,信号传输透明,并且扩容简单费用低廉。

由于激光技术广泛应用于消费电子制造、航天航空、汽车驾驶、无人机驾驶、服装等相关产业领域,企业为打破技术壁垒,会推进精密加工要求的提高,从而增加激光设备的需求并带动激光器件市场。

比如传统消费电子行业虽然目前传统消费电子行业增速放缓,但是存量市场空间依然非常大。其中,个人电脑、平板电脑、智能手机等常用电子产品都已经开始进入红海的竞争格局。那么随之而来的将是各自产品在技术创新上的突破,从而带来新的技术应用和工艺变革,这将使得生产厂商对消费电子激光精密加工设备产生巨大需求,从而带动激光器件市场。

并且,激光加工和光通讯行业发展的关联度比较高。随着5G电子产品创新对技术要求的提高,需要更大的传输容量和更快的传输速率的光器件,不断推进国内电子制造激光设备的应用,将提高激光设备的整体渗透率,从而促进激光器件的市场增长。

当然,随着我国传统制造业转型升级、先进制造业快速发展,作为激光加工设备的核心部件,激光器将面临前所未有的发展机遇,光纤激光器以其卓越的性能不断提升市场占有率,市场规模快速增长。光纤激光器的快速发展必将推动光纤激光器件的需求,为光纤激光器件生产带来良好的发展机遇。

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