中國光纖激光產業發展概況

  1、激光產業發展的概況

  (1)激光與激光技術

  激光是通過人工方式，用光或放電等強能量激發特定的物質而產生的光，1960 年，人類成功地制造出世界上臺激光器，產生了激光。由于激光具有完全不同于普通光的性質，很快被應用于各個領域，并深刻地影響了科學、技術、經濟和社會的發展及變革。激光與原子能、半導體、計算機共同被視為 20 世紀的現代四項重大發明，對人類社會進步和發展發揮著重要作用; 激光技術也被美國科學家總結為影響全球未來發展的 18 項重大關鍵技術之一。激光技術可應用于民用領域和領域， 激光技術及產業已成為多國重點扶持并由科研院所和企業共同主導的國家戰略新興產業。在民用領域中， 激光技術是現代高質量制造的基礎性技術之一，在國民經濟中有明顯的放大效應。歐美主要國家在機械、汽車、航空、鋼鐵、造船、電子等大型制造產業中，基本完成了激光加工工藝對傳統加工工藝的替代更新，進入“光加工”時代。在領域中，隨著激光技術的發展，激光定向能武器成為各國重點支持和發展的新概念武器，而高功率、高光束質量光纖激光器已成為歐美大國的定向能新概念武器的光源之一。整體而言，激光技術進步正推動著世界“光加工”工業和“光對抗”變革，發展前景廣闊。

  (2)激光應用領域

  激光正從廣度和深度兩方面日益拓展應用領域， 逐步滲透到國民經濟的多個領域。在裝備制造領域，高功率激光設備在航空、航天、汽車、高鐵、船舶等高質量裝備制造等領域的切割、焊接、測量、打標等環節發揮著越來越重要的作用。例如：在現代汽車制造中，汽車、高鐵車身焊接均已全部實現激光焊接;激光加工是飛機機頭(駕駛艙)機身切割成型和焊接的解決方案。在精細微加工方面，超短脈沖激光在光伏、液晶顯示、半導體、 LED、 OLED 等領域的鉆孔、刻線、劃槽、表面紋理化、表面改性、修整、清洗等環節發揮了不可替代的作用。此外，激光與生物學、醫學更好及診斷、制藥科學相結合，激光和物理更好、激光手術、激光診斷、激光眼科更好、激光美容已普遍進入醫學各分診療科室，激光基因定序儀的發明使基因測序檢測的時間過程加快了數百萬倍?？傊?，激光與《“十二五”國家戰略性新興產業發展規劃》提出的戰略性新興產業七大領域密切相關，自身也是戰略性新興產業高質量裝備制造業的重要內容。美國當年 GDP 的 50%(約 7.50 萬億美元)與激光在相關領域的市場應用及不斷拓展相關，其中更主要的是激光在信息、制造業和生命科學技術領域中的貢獻。

  (3)激光器分類

  按照增益介質的不同，激光器主要可以分為液體激光器、氣體激光器、半導體激光器和固體激光器等。光纖激光器屬于新一代固體激光器的一種，具有光電轉換效率高、結構簡單、光束質量好等特點，目前已成為激光技術發展主流方向和激光產業應用主力軍。

  2、光纖激光器的基本情況

  (1)光纖激光器的概念

  光纖激光器是指用摻稀土元素玻璃光纖作為增益介質的激光器， 屬于固體激光器的一種，但因增益介質形狀特殊且具有典型的技術和產業優勢，行業中一般將其與其他固體激光器分開進行研究。典型的光纖激光器主要由光學系統、電源系統、控制系統和機械結構四個部分組成，其中，光學系統由泵浦源、增益光纖、光纖光柵、信號/泵浦合束器及激光傳輸光纜等光學器件材料通過熔接形成全光纖激光器，并在電源系統、控制系統的驅動和監控下實現激光輸出。同時，光纖激光器根據功率大小的不同采用不同的冷卻方式， 通常情況下， 功率低于 200W 時采用風冷結構， 功率大于 200W時采用循環水制冷，以保證激光器在工業環境條件下可靠穩定運行。

  典型光纖激光器光學系統

  (2)光纖激光器的分類

  光纖激光器種類較多，根據其激射機理、器件結構和輸出激光特性的不同可有多種不同的分類方式。根據目前光纖激光器技術的發展情況，其分類方式和相應的激光器類型主要有以下幾種：

  1)按激光的工作模式分類

  按激光的工作模式可主要分為脈沖光纖激光器和連續光纖激光器。

  2)按輸出激光功率大小分類

  按輸出激光功率大小可分為： ① 低功率光纖激光器：平均輸出功率小于100W 的光纖激光器; ② 廣闊率光纖激光器：平均輸出功率在 100W 至 1,000W的光纖激光器; ③ 高功率光纖激光器：平均輸出功率大于或等于 1,000W 的光纖激光器。

  3、光纖激光器行業市場概況

  (1)全球激光器行業發展現狀

  歐美等發達國家開始使用激光器，并在較長時間內占據較大的市場份額。隨著全球制造業向發展中國家轉移，亞太地區激光行業市場份額迅速增長。發展中國家在制造業升級過程中，逐步使用激光設備代替傳統設備，對激光器的需求旺盛，系目前全球激光行業市場更主要的驅動力之一。2013-2017 年，全球激光器行業收入規模持續增長，年復合增長率為 8.50%。隨著大功率激光器技術突破和增材制造技術的成熟， 預計未來激光器行業將持續快速增長。

  (2)中國激光產業發展狀況

  中國激光產業市場起步較晚，但隨著中國裝備制造業的迅猛發展，近年來，中國激光產業獲得了飛速的發展。中國是活躍的制造業市場及工業激光設備的主要市場，受宏觀經濟發展、制造業產業升級、國家政策支持等因素影響，中國工業激光產業成為受高度關注的產業之一，市場發展迅速。 2015 年，中國取代歐洲，成為激光器的消費市場，市場規模增長至 28 億美元左右，約占全球市場規模的 29%。

  中國激光器市場規模大、增速快。面對日益增長的激光器市場需求，國內激光器生產企業紛紛加大研發和生產力度，但由于國產產能不足以及產品品質差異，國內企業從歐美進口激光器的數量不斷增加。

  4、光纖激光器行業發展趨勢

  光纖激光器因其高效率及低維護運營成本等優勢逐漸受到激光系統集成商的青睞，已經或正在許多應用領域替代 CO2 激光器和其他固體激光器，對激光器市場產生了性的改變，推動全球激光市場的不斷發展。隨著光纖激光器在工業加工領域的應用范圍不斷擴展，未來幾年內，光纖激光器行業將會出現五大發展趨勢：

  (1)向更高功率方向發展

  在船舶、航天等高新技術領域需求和增材制造技術應用的推動下，更高輸出功率成為光纖激光器發展的主要研究內容之一， 光纖激光器的輸出功率將從百瓦級、千瓦級向萬瓦級發展。預計通過采用更高功率的泵浦源、更先進的特種光纖設計和高功率光纖合束技術，光纖激光器輸出功率將達到數萬瓦級。配置千瓦至數萬瓦的大功率光纖激光器的工業裝備將會成為高質量制造業的主流設備。

  (2)向高平均功率、高峰值功率的脈沖光纖激光器發展

  在激光的許多應用中，例如激光深雕、激光清洗等需要高平均功率、高峰值功率的脈沖光纖激光器，將高光束質量、小功率的激光器作為種子光源，雙包層光纖作為放大器，容易獲得高平均功率、高脈沖能量的脈沖激光輸出，是目前行業研究的熱點和難點。

  (3)向超短脈沖光纖激光器方向發展

  在激光精細加工領域，例如脆性材料打孔、藍寶石玻璃切割等，需要超快超短脈沖光纖激光器。目前，中高功率的超快超短脈沖光纖激光器是研發的熱點。

  (4)向更高亮度方向發展

  高光束質量的高功率光纖激光器在科研和領域需求旺盛， 主要用戶為科研機構、高等院校和。目前，國外發達國家把高光束質量的大功率光纖激光器作為戰術激光武器的光源， 等特殊需求將促使光纖激光器在向更高功率發展的同時向更高亮度方向發展， 即在提升輸出功率同時保持光纖激光器輸出光束質量。

  (5)向模塊化、智能化方向發展

  為了適應市場上對于激光器多種需求，光纖激光器將逐漸走向系列化、組合化、標準化和通用化。利用有限的規格和品種，通過組合和搭配不同模塊，縮短新產品開發周期，提高產品的穩定性和可靠性。同時，通過采用先進的通信技術和設計理念，實現光纖激光器的遠程診斷、遠程維修、遠程控制以及數據統計，通過對光纖激光器運行狀態的實時監控，提前發現和處理產品潛在的故障，從而為客戶提供更好的產品服務。