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光纤激光器国内外研究现状及发展趋势谭㊀威摘㊀要:光纤激光器是近年来发展起来的一种新型激光器件ꎬ也是目前国内外光电信息领域研究的热点技术之一ꎮ因在光学模式㊁使用寿命等方面的优点ꎬ光纤激光器已成为新一代固体激光器的代表ꎬ在国内外得到了广泛研究和迅速发展ꎬ有着广阔的发展前景ꎮ关键词:光纤激光器ꎻ光学系统ꎻ激光器一㊁光纤激光器的基本情况(一)光纤激光器的概念光纤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ꎬ属于固体激光器的一种ꎬ但因增益介质形状特殊且具有典型的技术和产业优势ꎬ行业中一般将其与其他固体激光器分开进行研究ꎮ典型的光纤激光器主要由光学系统㊁电源系统㊁控制系统和机械结构四个部分组成ꎬ其中ꎬ光学系统由泵浦源㊁增益光纤㊁光纤光栅㊁信号/泵浦合束器及激光传输光缆等光学器件材料通过熔接形成全光纤激光器ꎬ并在电源系统㊁控制系统的驱动和监控下实现激光输出ꎮ同时ꎬ光纤激光器根据功率大小的不同采用不同的冷却方式ꎬ通常情况下ꎬ功率低于２００Ｗ时采用风冷结构ꎬ功率大于２００Ｗ时采用循环水制冷ꎬ以保证激光器在工业环境条件下可靠稳定运行ꎮ(二)光纤激光器的分类光纤激光器种类较多ꎬ根据其激射机理㊁器件结构和输出激光特性的不同可有多种不同的分类方式ꎮ根据目前光纤激光器技术的发展情况ꎬ其分类方式和相应的激光器类型主要有以下几种:１.按激光的工作模式分类按激光的工作模式可主要分为脉冲光纤激光器和连续光纤激光器ꎮ２.按输出激光功率大小分类按输出激光功率大小可分为:①低功率光纤激光器:平均输出功率小于１００Ｗ的光纤激光器ꎻ②中功率光纤激光器:平均输出功率在１００Ｗ至１ꎬ０００Ｗ的光纤激光器ꎻ③高功率光纤激光器:平均输出功率大于或等于１ꎬ０００Ｗ的光纤激光器ꎮ二㊁光纤激光器行业市场概况(一)全球激光器行业发展现状１.全球激光器行业市场规模和用途欧美等发达国家最先开始使用激光器ꎬ并在较长时间内占据较大的市场份额ꎮ随着全球制造业向发展中国家转移ꎬ亚太地区激光行业市场份额迅速增长ꎮ发展中国家在制造业升级过程中ꎬ逐步使用激光设备代替传统设备ꎬ对激光器的需求旺盛ꎬ系目前全球激光行业市场最主要的驱动力之一ꎮ２０１３~２０１７年ꎬ全球激光器行业收入规模持续增长ꎬ从２０１３年的８９.７０亿美元增加至２０１７年的１２４.３０亿美元ꎬ年复合增长率为８.５０％ꎮ随着大功率激光器技术突破和增材制造技术的成熟ꎬ预计未来激光器行业将持续快速增长ꎮ激光器用途十分广泛ꎬ目前主要应用于通信㊁材料加工㊁研发与军事运用㊁医疗美容等领域ꎮ２０１７年ꎬ全球激光器行业应用领域中材料加工相关的激光器收入５１.６６亿美元ꎬ占全球激光器收入的４２％ꎬ超越通信领域成为第一大激光器应用领域ꎻ研发与军事运用相关激光器收入９.２２亿美元ꎬ占全球激光器收入的７％ꎻ医疗美容相关激光器收入９.２０亿美元ꎬ占全球激光器的７％ꎮ２.工业激光器市场规模和用途近年来ꎬ全球工业激光器市场规模保持较快增长ꎬ全球工业激光器收入从２０１３年的２４.８７亿美元增加至２０１７年的４３.１４亿美元ꎬ年复合增长率为１４.７６％ꎮ２０１５年以来ꎬ工业激光器市场规模增速逐步加快ꎬ最近三年的市场规模增长率分别为８.９３％㊁１９.３６％和２６.１０％ꎮ(二)光纤激光器的市场状况自光纤激光器问世以来ꎬ高功率光纤激光器成为激光领域最为活跃的研究方向之一ꎮ随着新型泵浦技术的采用和大功率半导体激光器制造技术和工艺的进一步发展成熟ꎬ光纤激光器得到了飞速发展ꎮ过去１０年ꎬ光纤激光器在输出功率㊁光束质量和亮度等方面取得了巨大进步ꎮ光纤激光器效率和可靠性更高ꎬ通过开发更多的新工艺和加工方法ꎬ将推动光纤激光器在高端工业制造领域的进一步突破ꎮ光纤激光器的用途可以为打标㊁微材料加工㊁宏观材料加工三大类ꎮ其中ꎬ微材料加工包括了除打标以外ꎬ所有输出功率小于１ꎬ０００Ｗ的激光器应用ꎻ宏观材料加工包括了所有输出功率大于等于１ꎬ０００Ｗ的激光器应用ꎬ主要为金属切割和焊接ꎮ(三)国内光纤激光器市场竞争格局目前ꎬ我国光纤激光器行业处于快速成长阶段ꎬ普通低功率光纤激光器技术门槛较低ꎬ国产低功率光纤激光器的市场占有率超过８５％ꎮ高功率光纤激光器技术门槛较高ꎬ企业竞争主要围绕创新能力㊁研发实力㊁核心材料和器件产业链整合能力展开ꎬ目前高功率光纤激光器市场仍以欧美知名光纤激光器企业为主导ꎬ产品价格和附加值相对较高ꎬ２０１７年ＩＰＧ公司高功率光纤激光器销售收入８.６７亿美元ꎬ较２０１６年增长２.８９亿美元ꎬ增幅为４９.９１％ꎬ是其收入增长的主要来源ꎮ(四)全球光纤激光器市场规模预测２０１８~２０２０年全球光纤激光器市场规模ꎬ与其他激光器相比ꎬ光纤激光器具有转换效率高㊁光束质量好㊁体积小巧等优势ꎮ近年来ꎬ随着光纤激光技术的发展和下游行业需求的增加ꎬ光纤激光器市场规模保持快速增长ꎮ传统制造㊁汽车生产㊁重工制造等行业正越来越多的使用光纤激光器ꎻ同时ꎬ医疗美容㊁通信和航空航天领域也开始使用光纤激光器ꎮ全球光纤激光器的销售额将由２０１８年的１９.８１亿美元增加到２０２０年的２８.８５亿美元ꎬ年复合增长率为１３.３５％ꎮ作者简介:谭威ꎬ深圳技师学院ꎮ８４。
光纤激光器国内外研究现状及发展趋势
光纤激光器是利用光纤作为激光谐振腔的激光器，具有体积小、功率高、光束质量好、可靠性高等优点。
国内外对光纤激光器的研究已经有了较大的进展，主要表现为以下几个方面：
1.技术路线的发展：目前光纤激光器主要分为掺铒光纤激光器和掺镱光纤激光器两种技术路线。
在这两种技术路线上，研究人员不断地尝试着新的掺杂元素，如掺铥、掺镥等，以提高激光器的性能。
2.激光器功率的提高：目前光纤激光器的最高输出功率已经超过了10 kW，而且在逐步向更高功率的方向发展。
为了提高激光器的功率，研究人员不断尝试着新的激光器结构，如双芯光纤、大芯径光纤等。
3.激光器光束质量的提高：光纤激光器因为其波导结构的特殊性质，光束质量非常好。
但是，为了满足不同的应用需求，研究人员还在不断地提高光束质量，例如通过控制光纤的折射率分布等方法。
4.应用领域的扩大：随着光纤激光器性能的不断提高，其应用领域也在不断地扩大。
目前光纤激光器已经广泛应用于工业加工、医疗、通信等领域，未来还有更多的应用领域等待光纤激光器的发展。
发展趋势：
未来，光纤激光器的发展趋势将是：
1.高功率化：光纤激光器的输出功率将继续提高，向更高功率的方向发展。
2.高光束质量化：光纤激光器的光束质量将继续提高，以满足更高精度的应用需求。
3.多波长化：为了满足更多的应用需求，光纤激光器将继续向多波长方向发展，例如通过多掺杂元素的光纤实现多波长输出。
4.智能化：光纤激光器将向智能化方向发展，例如通过集成传感器等技术，实现对激光器的实时监测和控制。
总之，光纤激光器作为一种重要的激光器，其研究和发展将会在未来继续取得更大的进展。
