激光器的未來發(fā)展

全球激光器市場(chǎng)規(guī)模較大，且呈現(xiàn)穩(wěn)步上升趨勢(shì)。StrategiesUnlimited發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2018年全球激光器市場(chǎng)規(guī)模約達(dá)137.5億美元，同比增長5.8%，近十年復(fù)合增速達(dá)11.1%。

根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院的數(shù)據(jù)，2018年我國激光產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)規(guī)模達(dá)1440億元，同比增長22.14%。其中，激光元器件市場(chǎng)規(guī)模為288億元，同比增長22.03%，激光應(yīng)用市場(chǎng)規(guī)模為547億元，同比增長22.1%，激光設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模為605億元，同比增長22.22%。當(dāng)自發(fā)輻射所產(chǎn)生的光子通過半導(dǎo)體時(shí)，一旦經(jīng)過已發(fā)射的電子—空穴對(duì)附近，就能激勵(lì)二者復(fù)合，產(chǎn)生新光子，這種光子誘使已激發(fā)的載流子復(fù)合而發(fā)出新光子現(xiàn)象稱為受激輻射。預(yù)計(jì)2021年總體市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到2489億元，未來三年復(fù)合增速達(dá)20%。

隨著大功率激光器的技術(shù)突破和增材制造技術(shù)的成熟，預(yù)計(jì)未來激光器行業(yè)將持續(xù)快速增長。

典型的激光器，由激光工作物質(zhì)（發(fā)出能量）、泵浦源（提升能量）、光學(xué)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(zhì)之間的回路，增益介質(zhì)指可將光放大的工作物質(zhì)。

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(zhì)：可分為氣體、固體、液體(染料)、半導(dǎo)體、準(zhǔn)分子等；激勵(lì)是工作介質(zhì)吸收外來能量后激發(fā)到激發(fā)態(tài)，為實(shí)現(xiàn)并維持粒子數(shù)反轉(zhuǎn)創(chuàng)造條件。能量輸出波形(工作方式)：可分為連續(xù)激光器、脈沖激光器、和準(zhǔn)連續(xù)激光器，脈沖激光器可進(jìn)一步分為毫秒激光器、微秒激光器、納秒機(jī)關(guān)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?。嚎煞譃榈凸β始す馄鳎ǎ?00w）、中功率激光器（100w-1500w）、高功率激光器（＞1500w）。

激光新應(yīng)用--石材加工

近幾年，隨著國內(nèi)激光技術(shù)的飛速發(fā)展，激光器生產(chǎn)制造工藝的不斷成熟，激光器應(yīng)用行業(yè)也愈加廣泛，并逐漸走進(jìn)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(gè)性化產(chǎn)品，激光加工應(yīng)用切切實(shí)實(shí)的來到了我們的日常生活中。 本篇我們來講一講有關(guān)激光在石材方面的應(yīng)用。而且，它可以很好地縮短工作物質(zhì)的長度，還能通過改變諧振腔長度來調(diào)節(jié)所產(chǎn)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(jīng)過多年的實(shí)踐應(yīng)用，都存在或多或少的缺點(diǎn)。比如耗費(fèi)人工大、產(chǎn)品一致性不高、加工精細(xì)度不夠等問題。近幾年，隨著激光打標(biāo)機(jī)在玉石加工行業(yè)的應(yīng)用探索，紫外激光打標(biāo)機(jī)已經(jīng)能有效的解決部分問題。

 比如：一、對(duì)于以往“噴砂”這道工藝極其耗費(fèi)人力的問題。 激光打標(biāo)工藝省去了刻字、貼紙、噴砂、去紙等工序。 二、對(duì)于“機(jī)械雕刻”工藝中容易產(chǎn)生裂紋的問題。Nd:YVO4（摻釹釩酸釔）：低功率應(yīng)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(chǎn)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(nèi)。 三、對(duì)于“雕刻不能加工小尺寸圖案”的問題。 激光雕刻機(jī)的窄線寬，高峰值功率也能很好的予以解決。 實(shí)例：搭配貝林低功率紫外激光器（LP106 5W-40KHZ）的打標(biāo)機(jī)加工圓形黑瑪瑙。

為了追求加工速度，增加單位產(chǎn)能，盲目的提高平均功率是不可取的?，旇楹谏馁|(zhì)，對(duì)加工過程中產(chǎn)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(huì)導(dǎo)致瑪瑙表面開裂，二會(huì)使粉塵熔融粘在珠子表面，使材料報(bào)廢。芯片（泵浦源）方面，國產(chǎn)芯片已達(dá)到可正常使用的水平，但在技術(shù)上仍與進(jìn)口芯片存在一定差距，目前國內(nèi)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(huán)節(jié)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(guān)技術(shù)，納秒激光器的脈寬窄也就在10ns以內(nèi)。

納秒激光器

二極管泵浦固態(tài)（DPSS）激光器是在20世紀(jì)90年代末被首先引入工業(yè)環(huán)境的。當(dāng)時(shí)，首臺(tái)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(jī)、汽車工業(yè)向復(fù)合材料的轉(zhuǎn)變，高功率激光器滲透率的持續(xù)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(dāng)時(shí)，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(chǎng)變得越來越成熟，而這些激光器現(xiàn)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(jià)格低于5萬美元。在大多數(shù)情況下，這些激光器的脈沖持續(xù)時(shí)間介于幾十到幾百納秒的范圍內(nèi)。

納秒脈沖光纖激光器概述

自從 1961 年，美國光學(xué)公司的 Snitzer 和 Koester 報(bào)道了世界上首臺(tái)光纖激光器以來，由于光纖激光器具有光束質(zhì)量高、成本低、轉(zhuǎn)換效率較高、穩(wěn)定性好、體積小、兼容性強(qiáng)、壽命長、散熱快等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。對(duì)激光工作物質(zhì)的主要要求，是盡可能在其工作粒子的特定能級(jí)間實(shí)現(xiàn)較大程度的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，并使這種反轉(zhuǎn)在整個(gè)激光發(fā)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(jīng)被廣泛的應(yīng)用于激光加工、激光測(cè)距儀、二次諧波的產(chǎn)生、軍事等領(lǐng)域。因此，高功率納秒脈沖光纖激光器的研發(fā)和實(shí)用化技術(shù)已成為激光技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。由于納秒脈沖光纖激光器具有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)光束質(zhì)量高。光纖的纖芯直徑在幾個(gè)微米的量級(jí)，能大大的提高激光器的光束質(zhì)量，從而滿足工業(yè)加工的高質(zhì)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(tǒng)，高功率運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)也只需要風(fēng)冷。(3)體積小。光纖具有良好的柔性，使得激光器可以設(shè)計(jì)得相當(dāng)小巧、結(jié)構(gòu)緊湊、易于集成，并且在高沖擊、強(qiáng)震動(dòng)、高溫度、大灰塵等相對(duì)惡劣的環(huán)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(shí)現(xiàn)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(dāng)今的趨勢(shì)。在光纖激光器中，主要通過調(diào) Q 技術(shù)實(shí)現(xiàn)納秒脈沖，調(diào) Q 方式分為主動(dòng)調(diào) Q 和被動(dòng)調(diào) Q 兩種。主動(dòng)調(diào) Q 技術(shù)主要是在腔內(nèi)插入電光開關(guān)或聲光開關(guān)調(diào)制腔內(nèi)的 Q 值來產(chǎn)生短高強(qiáng)的激光脈沖，產(chǎn)生的脈沖寬度從幾十納秒到幾百納秒。被動(dòng)調(diào) Q 技術(shù)主要是采用可飽和吸收體(半導(dǎo)體材料或者摻稀土的晶體薄片)進(jìn)行調(diào) Q。與主動(dòng)調(diào) Q 相比，被動(dòng)調(diào) Q 具有成本低廉、結(jié)構(gòu)緊湊、峰值功率高、脈沖寬度窄等優(yōu)點(diǎn)，因此采用被動(dòng)調(diào) Q 技術(shù)得到的窄脈寬、高重頻、高功率光纖激光器具有重要的實(shí)際意義。