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光纤激光器发展路线:能否从功率至上走向亮度为王?

众所周知,激光的四大本质特性是单色性好、相干性好、方向性好、亮度高。而当下的光纤激光产业却普遍更关注功率指标,因为更高的激光功率能带来更强的加工能力及更高的加工效率。在这样的背景下,光纤激光器厂家及系统集成商正以军备竞赛的强度追求更高功率(从1万瓦到3万瓦仅用2年时间,5万瓦、10万瓦新闻也陆续见诸报端),以期能在同类产品竞争中获得优势。

光纤激光器发展路线:能否从功率至上走向亮度为王?

万瓦激光器已成各展商标配

实际上,目前光纤激光器功率提升多采用光纤合束技术。这种技术是把对多个光纤激光模块输出光纤合束到一根更粗的光纤里,通过功率叠加的形式实现功率提升。这种技术方案较为成熟,能够非常高效地实现功率提升,目前市面上几乎所有的万瓦激光器均采用这种方案。但由于该技术已经普及,很难确保企业产品处于市场领先地位,再高功率都容易被轻易复制。OFweek激光网认为,只要不计较光束质量,用粗光纤进行合束,再高的功率都能实现,但粗光纤合束会极大降低光束质量,最终无法满足激光“高亮度”的特性,也无法发挥激光特有的优势,沦为采用激光放大技术制成的大能量“探照灯”。

激光技术和产品每年都在升级迭代,但没有本质革新的功率提高似乎难以满足行业发展的需求。在这样的背景下,一些光纤激光从业者发出让激光回归本质的号召:在提升激光功率之外,更需关注提升激光的亮度。

亮度与相对亮度:衡量激光器品质的重要指标

提升亮度,首先要知道亮度是什么。亮度(L)的定义是:光源在单位面积、单位频带宽度和单位立体角内发射的光功率,简单来说就是“单位空间内激光的功率密度”,计量单位为cd/m2(读作:坎德拉每平方米)。亮度的计算公式非常复杂,业内将其简化为L∝P/(M22(通过功率和光束质量平方的关系体现亮度,但很难求出准确的亮度值)。

关注亮度,却难以用明确的指标来衡量,这让绝大多数激光从业者难以理解和接受。因此,大科激光董事长、学者出身的郭少锋博士提出了“相对亮度”的概念,这一概念完美解决了困扰广大激光从业者的亮度计算问题。

相对亮度(Lr)的定义是:选择一种标准激光光源,把它的亮度定义成1,其他激光器亮度的关键参数(功率P、光束质量M2)与标准激光器亮度关键参数的比值,就是该激光器的相对亮度。由于目前激光行业已经进入万瓦时代,因此把1万瓦激光器(P=10000W、M2=10的光源)定义为标准光源,该激光器的相对亮度为1。计算公式为:

OFweek激光网认为,相对亮度概念的提出,为衡量激光器亮度提供了可靠、可计算的参数指标,在探究激光光源加工能力的本质上迈出了关键一步。例如,M2=10的1万瓦激光器相对亮度为1,M2=10的2万瓦激光器相对亮度为2,M2=20的3万瓦激光器(BPP约为7)相对亮度为0.75,而大科激光研制的M2=1.38的5千瓦单模激光器相对亮度则能达到26(这种激光器被业内称为高亮度激光器)。由相对亮度的计算公式很容易得出,M2=20的3万瓦激光器亮度低于M2=10的1万瓦激光器,但二者都远低于M2更低的单模激光器。

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