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。该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。随着激光市场的竞争日益激烈。新技术、新应用以及现有技术的不断改进都在不断改变着市场的格局。诞生于60 年代,发展于90 年后的光纤激光器凭借着她的先天性优势不断地扩充自己的地盘,全面向光通讯、

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大功率光纤激光器领域上演“三国演义”

2014-03-20 14:02 来源:OFweek激光网 

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。该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。

随着激光市场的竞争日益激烈。新技术、新应用以及现有技术的不断改进都在不断改变着市场的格局。诞生于60 年代,发展于90 年后的光纤激光器凭借着她的先天性优势不断地扩充自己的地盘,全面向光通讯、大功率激光加工、激光医学、生物技术扩张,特别是她在激光加工和OFweek激光网光通讯方面的发展潜力,让业界叹为观止,这位市场的新宠或许会在未来的某一天取代传统激光器。

目前,国际光纤激光器的主要生产厂家有IPG、SPI、GSI、JDSU、ROFIN和TRUMPF等公司。其中以IPG为代表,其光纤激光器占据着国际市场较大的市场份额。2012年在全球经济不景气的环境下,在刚刚结束的2013年度多数激光企业都出现了业绩增长乏力,但IPG公司业绩却继续保持着强劲的增长势头。由此可见,光纤激光器作为新兴的激光技术,越来越被人们所接受,充分展现了光纤激光器的竞争力。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。 2014年慕尼黑上海光博会于18日正式开始,集中展示了激光加工与生产技术、激光器与光电子、光学与光学制造、成像与检测等方面的内容。在本次展会上,国外知名激光企业如TRUMPF、Rofin、IPG、相干、美国理波、等悉数到场,同时国内激光企业如:大族激光、华工激光、北京凯普林、武汉锐科、创鑫激光、华日精密等也纷纷展出了最新的激光产品。

虽然在展会上有许多激光企业分别展示出了多款新型光纤激光器,但是在大功率产品中,就只有几家。其中IPG、锐科、创鑫不仅展示一系列光纤激光器产品,同时都还展示了代表光纤激光器技术领域较高水平的10kW光纤激光器。

在上届慕尼黑上海光博会上,武汉锐科光纤激光有限公司展示的自主研发的10kW光纤激光器吸引了众多业内人士参观询问。锐科窄脉宽系列是采用直接电调制半导体激光器作为种子源(MOPA)方案的光纤激光器,具有完美的激光特性和良好的脉冲形状控制能力。与调Q光纤激光器相比,MOPA光纤激光器脉冲频率和脉冲宽度是独立控制的,两个参数的分别调节可实现恒定的峰值功率输出。通过控制种子源脉冲的大小,可使激光器适用于更广泛的材料加工。

我国首台万瓦光纤激光器于2013年初研制成功,这一激光设备可以从绣花针粗细的光纤中释放出的足以焊接飞机、船舶的激光能量——这项激光功率合束技术,被美国视为万瓦激光器的核心机密。这标志着中国在高功率光纤激光器研制领域进入世界先进水平,成为继美国后第二个掌握此项尖端技术的国家。

这一激光器由两位国家“千人计划”专家闫大鹏、李成率队,历时一年研发攻关,终于掌握该技术的自主知识产权。据介绍,该台万瓦激光器体积虽然只有约两台冰柜叠加大小,里面却藏着10块“能量方”,每块1100瓦,各产生一条激光束,10条激光束再汇聚到一根光纤,形成合力,最终产生1万瓦的强大能量。

担任锐科公司总工程师的闫大鹏说,虽然光纤激光器原理看似很简单,但高功率合束技术要做到既降低能量损耗,又保证光束质量,这在世界范围内长期以来都是一项技术难题。

光纤激光器市场大致被北美、欧洲和亚洲这三个主要地区均分。根据IPG光学公司(Oxford,MA)的销售统计,美洲地区占据其销售的40%份额,欧洲占36%的份额,而亚洲占24%的份额。同时,近几年亚洲市场增长迅速。目前国外主要的制造商包括:IPG、Nufern、JDSU、SPI、Fianium、Raydiance、Avesta、lumics、Newport、GSI、Jenoptik、Rofin等;国内主要光纤激光器制造商包括:武汉锐科、创鑫激光、天元激光、中科梅曼等。其中,IPG在光纤激光器领域占据着绝大部分的市场份额。该公司2013年营业收入为64803万美元,较2012年56253万美元增长OFweek激光网15.2%;净利润为15578万美元,较2012年14500万美元增长7.43%。

全球最大的光纤激光制造商IPGPhotonics由ValentinGapontsev博士于1991年创建,总部设在美国东部麻省。IPG在德国、美国、俄罗斯和意大利设有生产、研发基地,并在全球设有销售和服务网点,覆盖美国、英国、欧洲、印度、日本、韩国、新加坡和中国,并于2006年在美国纳斯达克上市。23年来,IPG致力于纵向合成,所有的核心配件均为IPG研发、生产和拥有,同时也是唯一一个能为客户提供高性价比的光纤激光器的厂家。2013年第一季度里从德国某汽车制造商获得了该公司史上最大的订单合同。在本次光博会上,IPG同样展示出了众多光纤激光器系列,以体现它在该领域的“霸主”地位。

深圳市创鑫激光技术有限公司成立于2004年,目前已拥有自主知识产权和专利生产的工业用声光调Q脉冲光纤激光器系列、脉宽可调MOPA脉冲光纤激光器系列、高功率连续光纤激光器系列、皮秒锁模脉冲光纤激光器系列、科研与传感用光纤激光器、光纤激光器、光纤放大器、宽带ASE光源等一系列产品,广泛应用于激光精密加工、激光标识、激光打孔、激光深雕、激光切割、激光焊接、光线DTS测温传感系统以及科学研究等领域。在光纤激光器领域创鑫激光具有全面、高端的脉冲光纤激光器技术、高功率光纤元器件技术、高功率连续光纤激光器技术以及丰富的实战经验。 在本次慕尼黑上海光博会上,创鑫激光展示了多种光纤激光器,其中大功率产品OFweek激光网覆盖了1500W---10000W。创鑫激光的突破,再一次证明了我国在光纤激光器技术领域逐渐赶上世界先进水平。

作为国内较早接触光纤激光器的一批人,创鑫激光主要创始人之一胡小波在2000年就进入光通讯行业,从事光纤放大器和光纤无源器件的技术研发工作,2002年就职于IPG光纤激光器的代理公司。IPG在中国的第一台工业用脉冲光纤激光器是卖给上海激光所,这是进入中国国内第一台工业用脉冲光纤激光器。

2004年创鑫激光成立后,也马上进入光纤激光器领域,最开始代理国外单频光纤激光器,然后开始研发宽带光源(宽带ASE光源),主要用在高精度光纤陀螺以及光纤传感方面。自2004年以来,创鑫激光就对工业用光纤激光器持续关注。最开始创鑫激光主要是给传感客户做光源研发,积累了一定的实战研发经验。之后主要是给国内研究所研发特种光纤激光器及光纤放大器。例如2007年创鑫激光就研发出国内首台1550nm波段脉宽可调MOPA脉冲光纤激光器,这是国内首台应用于DTS(分布式测温系统)的光纤激光器。之前国内DTS传感方案都是采用半导体激光器,传感距离只有1公里。但是使用创鑫激光1550nm脉冲光纤激光器之后,传感距OFweek激光网离提升到10公里。目前,创鑫激光1550nm脉冲光纤激光器每年销量都在200台以上。创鑫激光通过该系列光纤激光器的产业化,为研发MOPA光纤激光器打下了很好的基础。(例如种子源的脉冲调制、放大等等这些都是研发MOPA光纤激光器的基础) 目前国外工业用光纤激光器两种主流的技术分别为声光调Q和MOPA技术。创鑫激光在声光调Q方面最高平均功率已达到100W,在2011年12月该样机就已经研制出来。目前光纤激光器领头羊IPG在调Q方面最高平均功率也为100W,创鑫激光也能达到同样的水准。创鑫激光在调Q方面,产品线已经覆盖5W、10W、15W、20W…100W系列。调Q技术能力目前为国内最好的,平均功率及峰值功率为全国最高。仅自2013年1月到6月,创鑫激光调Q系列产品已经销售达到2000台,比2012年增长了4倍。

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