與固態和盤形激光器相比,光纖激光器具有結構緊湊、堅固耐用、效率高、易于熱管理及光束質量可靠的突出特點,是產生高平均功率的最有希望的候選者。
光纖激光器具有以下多種優勢:
輕量化易安裝:光纖較柔軟可以彎曲,光纖激光器通??梢宰龅叫⌒洼p量化,在降低了購置成本的同時安裝也方便靈活。
維護成本低:受熱透鏡效應和熱致雙折射效應等熱效應影響,固體激光器的散熱模塊需要精心設計,由于作為激光介質的光纖表面積/體積比值要比塊狀的固體激光器棒形介質大4個量級以上,光纖激光器在100W內可以通過空氣冷卻。同時光纖激光器不需要每月幾個小時的定期維護,例如CO2激光器需要光束對準。
高光束質量:光纖發射激光的數值孔徑較小,容易聚光的特性使其可達到大功率密度化,實現高分辨率加工,高光束質量意味著光纖激光器可以使用在材料加工、醫療、科學和國防等高端制造領域。
能效更高:摻雜光纖激光與YAG晶體激光相比可以實現寬帶的光放大,并且泵浦光被封閉在光纖內,可以實現高效率泵浦(光-光轉化效率70%;電-光轉化效率30%)。IPG光纖激光器可做到相比CO2激光器能耗降低84%。
長期穩定性強:不包含自由空間光學系統的光纖激光器,由于沒有空間光學元件,不易受到塵埃、溫度、機械等影響。
易實現大功率化:由于泵浦模塊可以串聯和并聯,可通過多種設計增加輸出功率。
光纖激光器由于其光束品質優良,在切割加工、打標、焊接等工業領域已經得到廣泛應用,目前正在逐步取代其他激光器。據統計數據顯示,自2018年中美貿易戰開始,激光產品進出口受到一定沖擊,2018年激光產業規模增速大跌至5.27%,伴隨貿易戰緩解,產業規模增速呈回升趨勢,2019年增速同比提升2.88個百分點。2020年受全球經濟增速放緩及新冠疫情影響,預計2020年全球激光器產業規模將有所收縮。
中國激光產業整體起步較晚,但伴隨中國裝備制造業快速發展,占據了全球約一半工業激光器應用市場,涌現了大量激光設備集成商,2019年中國激光設備銷售收入658億元,同比增長8.76%,相比2017和2018年的爆發式增長增速有所放緩但仍保持增長趨勢。2020年受到新冠疫情全球經濟不穩定性影響,預計2020年激光設備銷售規模645億元,首次同比下滑1.98%。激光設備市場的擴張為激光器帶來大量需求,從而推動了中國激光器產業的發展。
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