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激光器的未來發展

全球激光器市場規模較大，且呈現穩步上升趨勢。StrategiesUnlimited發布的數據顯示，2018年全球激光器市場規模約達137.5億美元，同比增長5.8%，近十年復合增速達11.1%。

根據前瞻產業研究院的數據，2018年我國激光產業市場規模達1440億元，同比增長22.14%。其中，激光元器件市場規模為288億元，同比增長22.03%，激光應用市場規模為547億元，同比增長22.1%，激光設備市場規模為605億元，同比增長22.22%。當自發輻射所產生的光子通過半導體時，一旦經過已發射的電子—空穴對附近，就能激勵二者復合，產生新光子，這種光子誘使已激發的載流子復合而發出新光子現象稱為受激輻射。預計2021年總體市場規模將達到2489億元，未來三年復合增速達20%。

隨著大功率激光器的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。

典型的激光器，由激光工作物質（發出能量）、泵浦源（提升能量）、光學諧振腔（傳播能量）等部分組成。泵浦源為激光器的光源，諧振腔為泵浦光源與增益介質之間的回路，增益介質指可將光放大的工作物質。

激光器有多種分類方法，其中常用的分類方法有四種：工作物質：可分為氣體、固體、液體(染料)、半導體、準分子等；激勵是工作介質吸收外來能量后激發到激發態，為實現并維持粒子數反轉創造條件。能量輸出波形(工作方式)：可分為連續激光器、脈沖激光器、和準連續激光器，脈沖激光器可進一步分為毫秒激光器、微秒激光器、納秒機關器、皮秒激光器、阿秒激光器等；輸出波長（顏色）：可分為紫外激光器、紅外激光器、可見光激光器等；功率大小：可分為低功率激光器（＜100w）、中功率激光器（100w-1500w）、高功率激光器（＞1500w）。

激光新應用--石材加工

近幾年，隨著國內激光技術的飛速發展，激光器生產制造工藝的不斷成熟，激光器應用行業也愈加廣泛，并逐漸走進了我們的生活。從起初的科研，到如今較為普遍的3C，再到客戶定制的各類個性化產品，激光加工應用切切實實的來到了我們的日常生活中。 本篇我們來講一講有關激光在石材方面的應用。而且，它可以很好地縮短工作物質的長度，還能通過改變諧振腔長度來調節所產生激光的模式（即選模），所以一般激光器都具有諧振腔。一直以來，比較普遍的石材加工方式有打磨、噴砂、雕刻，但是這些加工方式，經過多年的實踐應用，都存在或多或少的缺點。比如耗費人工大、產品一致性不高、加工精細度不夠等問題。近幾年，隨著激光打標機在玉石加工行業的應用探索，紫外激光打標機已經能有效的解決部分問題。

 比如：一、對于以往“噴砂”這道工藝極其耗費人力的問題。 激光打標工藝省去了刻字、貼紙、噴砂、去紙等工序。 二、對于“機械雕刻”工藝中容易產生裂紋的問題。Nd:YVO4（摻釹釩酸釔）：低功率應用較廣泛的固體激光器，工作波長一般為1064nm，可以通過KTP,LBO非線性晶體倍頻後產生532nm綠光的激光器。 激光加工中的窄線寬、高峰值功率則能把裂紋控制在肉眼無法觀察出的范圍內。 三、對于“雕刻不能加工小尺寸圖案”的問題。 激光雕刻機的窄線寬，高峰值功率也能很好的予以解決。 實例：搭配貝林低功率紫外激光器（LP106 5W-40KHZ）的打標機加工圓形黑瑪瑙。

為了追求加工速度，增加單位產能，盲目的提高平均功率是不可取的。瑪瑙為黑色材質，對加工過程中產生的熱量吸收較好，如果盲目增加平均功率，而不注意脈寬的壓縮，只能使瑪瑙吸收更多的熱量，這樣一會導致瑪瑙表面開裂，二會使粉塵熔融粘在珠子表面，使材料報廢。芯片（泵浦源）方面，國產芯片已達到可正常使用的水平，但在技術上仍與進口芯片存在一定差距，目前國內超前的激光器廠商均主要采購Lumentum和貳陸激光的芯片及組件，芯片環節仍有待突破。但是目前納秒紫外脈沖激光器的脈寬基本是隨著平均功率的增加而增大的，而且受限于目前的Q開關技術，納秒激光器的脈寬窄也就在10ns以內。

納秒激光器

二極管泵浦固態（DPSS）激光器是在20世紀90年代末被首先引入工業環境的。當時，首臺此類激光器僅具有幾瓦的低輸出功率，其波長為355nm。隨著飛機、汽車工業向復合材料的轉變，高功率激光器滲透率的持續提升。在二極管泵浦之前，使用燈泵浦可獲得激光，但是這類激光器是非常不可靠的。當時，幾瓦的納秒紫外光的成本超過10萬美元。

隨后，納秒激光器的市場變得越來越成熟，而這些激光器現在也可以從許多不同的制造商（提供紅外、可見和紫外波長）處購買到，10W紫外輸出功率的納秒激光器的價格低于5萬美元。在大多數情況下，這些激光器的脈沖持續時間介于幾十到幾百納秒的范圍內。

納秒脈沖光纖激光器概述

自從 1961 年，美國光學公司的 Snitzer 和 Koester 報道了世界上首臺光纖激光器以來，由于光纖激光器具有光束質量高、成本低、轉換效率較高、穩定性好、體積小、兼容性強、壽命長、散熱快等優點而備受關注。對激光工作物質的主要要求，是盡可能在其工作粒子的特定能級間實現較大程度的粒子數反轉，并使這種反轉在整個激光發射作用過程中盡可能有效地保持下去。尤其是高功率的納秒脈沖光纖激光器，已經被廣泛的應用于激光加工、激光測距儀、二次諧波的產生、軍事等領域。因此，高功率納秒脈沖光纖激光器的研發和實用化技術已成為激光技術領域的一個熱點。由于納秒脈沖光纖激光器具有如下優點：(1)光束質量高。光纖的纖芯直徑在幾個微米的量級，能大大的提高激光器的光束質量，從而滿足工業加工的高質量需求。(2)散熱好。光纖激光器的體積很小，無需龐大的水冷系統，高功率運轉時也只需要風冷。(3)體積小。光纖具有良好的柔性，使得激光器可以設計得相當小巧、結構緊湊、易于集成，并且在高沖擊、強震動、高溫度、大灰塵等相對惡劣的環境中也能工作。(4)良好的光譜特性。通過改變不同摻雜的增益光纖和與之相匹配的光纖元器件，可以實現不同波長的激光輸出。因此，研究納秒脈沖光纖激光器已成為當今的趨勢。在光纖激光器中，主要通過調 Q 技術實現納秒脈沖，調 Q 方式分為主動調 Q 和被動調 Q 兩種。主動調 Q 技術主要是在腔內插入電光開關或聲光開關調制腔內的 Q 值來產生短高強的激光脈沖，產生的脈沖寬度從幾十納秒到幾百納秒。被動調 Q 技術主要是采用可飽和吸收體(半導體材料或者摻稀土的晶體薄片)進行調 Q。與主動調 Q 相比，被動調 Q 具有成本低廉、結構緊湊、峰值功率高、脈沖寬度窄等優點，因此采用被動調 Q 技術得到的窄脈寬、高重頻、高功率光纖激光器具有重要的實際意義。