大功率光纤激光技术及应用

超快光纤激光器提供灵活解决方案　

利用超快光纤激光器产生皮秒或飞秒光脉冲是　当今世界最活跃的研究领域之一。尽管人们已经成　

功研制出了利用超快锁模激光器产生皮秒和飞秒光　

脉冲的技术，但这项技术仍局限于实验室和高端应　

用。超快激光技术要取得进一步的发展，必须使维　

护和操作更加简便并降低成本，采用光纤激光器取　

代现有的固体激光器是实现这两项目标的关键因素。　

１　短脉冲激光器应用的广阔市场　

超快激光器应用于科研和工业领域具有许多天　

然优势。例如，材料加工市场目前已经逐渐从热烧　蚀（采用连续波或准连续波光束）向非热烧蚀过渡，　

这就要求能量沉积和激光脉冲持续时间必须要比散　

热时间短。金属、陶瓷、半导体和高分子等材料的　

典型散热时间均在数皮秒量级，这就意味着皮秒或　

者亚皮秒脉冲激光器必不可少。　

超快激光器在科研方面的一项重要应用是时间　

分辨光谱分析。时间分辨光谱分析通常采用泵浦一探　

测技术，泵浦一探测技术的关键在于用于泵浦和探测　的激光脉冲持续时间一定要比被研究过程持续的时　

间短。在生物光子学方面，荧光染料的荧光寿命一　

般为纳秒到皮秒量级，而在固态和物化分析中的衰　

变时间范围为数飞秒到１　ｎｓ。超快激光器的出现使　

光谱分析进入了微观层面。　●崔锦江　

非线性显微学和太赫兹波的产生等新兴技术应　

用在超快激光器的高峰值功率中也受益匪浅。例　

如。非线性反差技术中的多光子激发和相干反斯托　

克斯喇曼散射均依赖于高峰值功率。在太赫兹波的　

产生方面．采用超快激光脉冲聚焦到合适的半导体　

材料表面可激发出太赫兹波，所产生的太赫兹波可　

应用于国土安全、食品检验或医学分析等众多领域。　

从以上实例中可以看出．超快激光器广泛应用　

的基础是所有这些领域都需要皮秒或飞秒光脉冲。　

虽然某些应用还处于研发阶段，但很多应用已经通　

过使用钛蓝宝石锁模激光器或其它固态激光器确立　了实验室技术。但是，固态超快激光器每瓦出光成本　

高、操作及维护复杂难以形成工业化技术的缺点限制　

大模场面积光纤高功率光纤激光器与光纤放大器

随着大功率半导体激光技术的发展，半导体激光泵浦的固体激光器（DPSSL）在很大程度上克服了灯泵浦固体激光器的效率低、规模难以扩大、亮度随规模扩大而增大有限、介质热变形导致的光束质量下降等问题。随着半导体激光器阵列价格的下降和固体激光器性能的提高，高功率DPSSL必将获得更为广泛的应用。虽然DPSSL相对于CO2和灯泵Nd：YAG具有很大的优越性和竞争力，但由于在激光产生时总有一部分能量以无辐射跃迁的方式转换为热，对于常规的棒状DPSSL，高功率时存在严重的热透镜和热致双折射效应，从而使得光束质量下降。这部分热能量如何从棒状激光介质中散发、排除，成为获得高光束质量、高功率输出的关键。将块状激光介质做成薄片或拉成细长光纤形状，将会有效增大散热表面积，使表面积/体积比大大提高，有利于固体激光器散热问题的解决，这就是高功率固体激光器发展的两个重要方向：薄片激光器和光纤激光器。

通常所说的光纤激光器，就是采用光纤作为激光介质的激光器，通过在光纤基质材料中掺杂不同的稀土离子，获得所对应波段的激光输出。对于常规的单模光纤激光器，要求注入到纤芯的泵浦光也必须为单模，这限制了泵浦光的入纤效率，导致光纤激光器的输出功率和效率较低。双包层光纤的提出，为提高光纤激光器的输出功率和转换效率提供了有效的技术途径，改变了光纤激光器只能作为一种小功率光子器件的历史。考虑到量子转换效率、抗激光损伤阈值和基底损耗等原因，掺镱石英双包层光纤是实现高功率光纤激光器或放大器的最佳选择。随着双包层光纤制作工艺和高功率半导体激光泵浦技术的发展，单根双包层光纤激光器的输出功率逐步提高，连续输出功率已经达到千瓦级。

大模场面积双包层光纤

双包层光纤中折射率呈典型的阶跃式分布，对于圆形的掺杂纤芯，双包层光纤激光器能否实现单模激光输出，取决于纤芯的直径d和数值孔径NA0，实际的单模条件为归一化频率。

光纤激光器研究报告

光纤激光器是一种利用光纤光导核心之间储存光能的光学设备，并通过半导体激光器提供光子能量来激发光核心的光子放出储存在光纤中的光的一种设备。

与传统的光学放大器相比，光纤激光器具有高功率、低杂散、高效率、小型化等优势。由于光纤激光器有着占用空间少、无需维护等特点，因此在现代科学技术发展中广泛应用于通信、医疗、工业制造等领域。

光纤激光器采用玻璃棒来形成隐性腔，将激光器的激光照射到棒上，激发玻璃中的离子使之形成游离态激子，然后激子通过多次反射在棒杆中生成光子，这些光子随后在光纤中传播。 光线随后沿着沿光纤水平传播，并在光纤的端部被集成，这将导致光纤激光器产生具有所需波长和高功率的激光。

光纤激光器优于其他激光器的一大优点是它可以在非常小的空间内运行，因此可以用于许多高密度组装应用。此外，尽管它的成本较高，但它在长期使用和成本效益方面往往优于多晶体或气体激光器。

在使用光纤激光器的过程中，我们需要注意防护眼睛、避免直接照射皮肤等细节问题。另外，拥有充足的工作经验和专业知识的技术工程师应具备的能力，以便在需要时进行日常维护和紧急维修。

综上所述，光纤激光器是一种高端技术的设备，应用广泛，未来在科学技术方面的发展中有着广泛的应用前景。

光纤激光器行业深度报告 1 目录

1. 光纤激光器为工业应用主流激光器 ............................................ 3

1.1 从激光到激光设备，激光器全产业链一览............................... 3

1.2 历经 30 年发展，光纤激光器性能最优前景广阔 ................. 6

2. 国产替代+渗透率提升，双轮驱动需求增长............................. 10

2.1 全球激光器市场规模持续扩张，光纤激光器占比较高 ........ 10

2.2 中国为全球最大激光设备市场，光纤激光器需求较高 ........ 13

2.3 行业竞争激烈集中度高，国产竞争力持续上升 .................... 15

2.4 工业加工激光设备渗透率仍处地位，价格下降推进渗透率提升 ........................................................................................................... 20

3.对标国际龙头 IPG，寻找具备垂直整合能力国内龙头 .............. 23

3.1 从激光器龙头IPG 看行业发展模式，研发并购为发展主调23

3.2 IPG 垂直整合打造核心竞争力，一体化工艺控制性能与成本25

3.3 中国激光器产业上游蓬勃发展，国内龙头有望实现垂直整合28

4.关注国内双龙头，垂直整合战未来 ............................................ 29

4.1 锐科激光：国内激光器龙头，垂直整合先行者 .................... 29

4.2 创鑫激光：核心器件先行，从上游向下扩张 ........................ 32 2 5.风险提示 .................................................................................. 35 3 报告核心框架： 供给端：虽然光纤激光器竞争逐渐激烈，价格战拖累行业公司短期盈利水平，但我们认为价格战有望加速行业发展，倒逼激光器企业向上游垂直整合以降低成本，国内激光器行业龙头如锐科激光、创鑫激光已布局多年，在价格下行大环境下能够通过提升激光器核心器件自产率降低成本，从而在竞争中稳定提升市场份额，有望出现强者恒强局面。同时目前光纤激光器国产化替代进展顺利，低功率光纤激光器已基本完成替代，伴随技术进步中高功率光纤激光器国产化率有望进一步提升。 需求端：激光设备成本构成中激光器占比较高，在激光器价格下行趋势下，激光设备降价空间较大。由于激光设备价格对于下游需求影响较大，当前激光设备渗透率较低，激光设备价格的降低有望有力刺激激光设备渗透率提升，从而打开巨量增量市场，带动下游需求推动行业发展。