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激光器工作物質

根據工作物質物態的不同可把所有的激光器分為以下幾大類：①固體激光器（晶體和玻璃），這類激光器所采用的工作物質，是通過把能夠產生受激輻射作用的金屬離子摻入晶體或玻璃基質中構成發光中心而制成的；相比氣體的和固態的激光介質，染料激光器通常可以用于更廣泛的波長范圍內。②氣體激光器，它們所采用的工作物質是氣體，并且根據氣體中真正產生受激發射作用之工作粒子性質的不同，而進一步區分為原子氣體激光器、離子氣體激光器、分子氣體激光器、準分子氣體激光器等；③液體激光器，這類激光器所采用的工作物質主要包括兩類，一類是有機熒光染料溶液，另一類是含有稀土金屬離子的無機化合物溶液,其中金屬離子（如Nd）起工作粒子作用，而無機化合物液體（如SeOCl2）則起基質的作用；④半導體激光器，這類激光器是以一定的半導體材料作工作物質而產生受激發射作用，其原理是通過一定的激勵方式(電注入、光泵或高能電子束注入)，在半導體物質的能帶之間或能帶與雜質能級之間，通過激發非平衡載流子而實現粒子數反轉，從而產生光的受激發射作用；⑤自由電子激光器，這是一種特殊類型的新型激光器，工作物質為在空間周期變化磁場中高速運動的定向自由電子束，只要改變自由電子束的速度就可產生可調諧的相干電磁輻射，原則上其相干輻射譜可從X射線波段過渡到微波區域，因此具有很誘人的前景。

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激光器：激光設備很核心的零部件

激光被譽為“快的刀、亮的光、準的尺”。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。各類激光設備被廣泛應用于材料加工、電子信息、航空航天、醫學、軍事、通訊等眾多下行業。激光加工技術的出現和推廣，改變了汽車、機械、消費電子等傳統行業的生產加工模式，為光伏電池、鋰電池等新能源技術的實現提供了支撐。

工業是激光的首大應用，其中激光切割占比高。上游環節的芯片、光纖、高功率光纖光柵、熱沉等光學器件是生產激光器產品的重要原材料。從全球角度看，全球約42%的激光器用于材料加工（包括光刻）。其次為通訊，材料加工中切割占比高為35%，焊接為16%。從中國角度看，激光設備應用中工業占比為63%，工業激光設備中激光切割占比為31%。

激光器是用來產生激光的部件，是激光設備中核心的零部件。激光器的價值在成套激光加工裝備總價值的20%-40%，甚至更高。

激光產業鏈

從產業經濟性的角度來看，行業平均水平下激光器約占激光設備成本的30%-50%（采用高功率激光器的設備中占比更高），而材料和激光器件占激光器成本的60%-70%（低功率激光器中的占比更高），因此激光器是制約激光設備經濟性的關鍵，而激光芯片、特殊光纖等激光器核心器件的價格走勢則決定了激光器的經濟性。內外部競爭格局更加平衡，表現在國內品牌和國外品牌在中國市場占有率基本持平，從原來海外占主導走向半壁江山的局面。

由于激光產業上游材料不具備稀缺資源屬性，激光芯片等器件的技術門檻相較于半導體芯片較低，而中游激光器的技術核心集中在光學設計、工藝經驗等集成能力，下游激光設備市場極為廣闊且分散，因此國內的激光產業鏈未來有機會國產化閉環。半導體激光器是用半導體材料作為工作物質的激光器，激勵方式有電注入、電子束激勵和光泵浦三種形式。目前激光產業鏈上游和中游的國產替代進程較快，中低端激光器件和激光器產品單價呈現明顯的降價趨勢：激光器件方面，2009-2017年IPG每瓦特的芯片成本下降了80%，年均降幅18%；激光器方面，激光器單臺價格每年降幅超過20%，帶動激光裝備價格逐年下降超過10%

納秒脈沖光纖激光器的國內外研究現狀

光纖激光器按激光輸出特性可分為連續光纖激光器和脈沖光纖激光器兩種。激光加工因激光束能量集中、穩定，特別適合于硬度大、熔點高等傳統工藝方法較難加工的材料。其中脈沖光纖激光器根據其脈沖形成原理又可分為調 Q 光纖激光器(脈沖寬度為 ns 量級)和鎖模光纖激光器(脈沖寬度為 ps 或 fs 量級)。國外開展調 Q 光纖激光器研究的單位主要有英國 Southampton 大學、美國 Illinois 大學、臺灣國立大學、美國 IPG 公司、德國 JENOPTIK 公司等。國內開展調 Q 光纖激光器研究的單位主要有南開大學、天津大學、電子科技大學、上海光機所、西安光機所、北京工業大學等。