常用激光器种类及应用
染料激光器使用有机染料作为激光介质的激光,通常是一种液体溶液。目前激光产业链上游和中游的国产替代进程较快,中低端激光器件和激光器产品单价呈现明显的降价趋势: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%。相比气体的和固态的激光介质,染料激光器通常可以用于更广泛的波长范围内。由于有宽阔的带宽,使得它们特别适合于可调谐激光器和脉冲激光器。但由于其介质寿命短,输出功率受限,基本被钛蓝宝石等波长可调的固体激光器取代。
半导体激光器是用半导体材料作为工作物质的激光器,激励方式有电注入、电子束激励和光泵浦三种形式。红宝石激光:起初的激光器是红宝石被明亮的闪光灯泡所激励,所产生的激光是“脉冲激光”,而非连续稳定的光束。体积小,价格低,效率高,使用寿命长,功耗低,可用于电子信息、激光打印、激光笔、光通信、激光电视、小型激光投影仪、电子信息、集成光学等领域,是实用较重要的一类激光器。
光纤激光器是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器,应用范围非常广泛,包括激光光纤通讯、激光空间远距通讯、工业造船、汽车制造、激光雕刻激光打标激光切割、印刷制辊、金属非金属钻孔/切割/焊接(铜焊、淬水、包层以及深度焊接)、大型基础建设,作为其他激光器的泵浦源等等。上游环节的芯片、光纤、高功率光纤光栅、热沉等光学器件是生产激光器产品的重要原材料。
自由电子激光器是一类不同于传统激光器的新型高功率相干辐射光源,它不需要气体、液体或固体作为工作物质, 而是将高能电子束的动能直接转换成相干辐射能.因此, 也可以认为自由电子激光器的工作物质就是自由电子。而采用双透镜耦合,其主要优势就是可以分散公差,使得光路上的元件可以有更大的位移空间。它具有高功率、***率、波长的大范围调谐和超短脉冲的时间结构等一系列优良特性,除了它, 还没有一种激光器能同时具备这些特点。在物理学研究、激光聚变、光化学、光通讯等领域均有非常可观的前景。
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激光器
激光器很早是科学家 Gordon Gould在1958年搭建出来,但是直到1959年才发表相关文章,但在其申请专利的过程中却被拒绝了,因为他的导师就是maser(微波谐振腔) 技术的发明者Charles Townes(发明了产生微波microw***e输出技术)。是利用外界光源发出的光来辐照工作物质以实现粒子数反转激光器的,整个激励装置,通常是由气体放电光源和聚光器组成,这种激励方式也称作灯泵浦。由于受到导师的影响专利一直没有被批复。直到1977年激光器的专利才在美国批准。长期的专利之战,反而对Gould更为有利,因为他获得专利的时候,激光器已经大规模应用,受专利保护期的限制问题,如果专利一申请就批复下来,因为应用不广泛,反倒赚不到太多钱了。
产业链:有能力实现国产化闭环
激光产业链从上游材料、器件——中游激光器——下游激光设备可分为三大环节:
1)上游为核心材料和器件,包括激光芯片、泵浦源、谐振腔、特种光纤等有源器件,合束器、隔离器等无源器件,晶体材料、半导体复合材料等介质材料等,除此之外还包括其他光学器件、电子元器件、机械元器件和激光控制系统;
2)中游为激光器,包括光纤激光器、半导体激光器和其他固体激光器等。2019年上半年,创鑫激光脉冲、连续激光器的无源光纤国产化率分别为89。国内激光器龙头公司包括锐科激光(光纤激光器)、创鑫激光(光纤激光器)、杰普特(光纤激光器)、华日激光(超快激光器);海外激光器龙头包括IPG(光纤激光器)、nlight(光纤激光器)等;
3)下游为提供不同工艺的激光设备,主要应用于激光切割、激光焊接、激光测量、激光显示、激光美容***等领域。Nd:YVO4(掺钕钒酸钇):低功率应用较广泛的固体激光器,工作波长一般为1064nm,可以通过KTP,LBO非线性晶体倍频後产生532nm绿光的激光器。国内激光设备龙头公司包括大族激光(3C电子为主)、华工科技(切割焊接)、亚威股份(切割焊接)、帝尔激光(光伏激光开槽)、激光雷达、铂力特(激光3D打印)、光峰科技(激光显示)等;海外激光装备龙头包括德国通快(激光装备)、Amada(激光装备)、瑞士百超(激光装备)、Velodyne(激光雷达)、A***L(激光装备)等。