








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。激光器的价值在成套激光加工装备总价值的20%-40%,甚至更高。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。是利用在气体工作物质内发生的气体放电过程来实现粒子数反转的,整个激励装置通常由放电电极和放电电源组成。体积小,价格低,,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。每个行业都有瓶颈,我们也有瓶颈,我们的瓶颈是缺两个核心技术:一是激光合成技术,目前我国有些单位在做,突破不明显。
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。传统观点认为焊接和连接需要具有高脉冲能量的毫秒级长脉冲,但显然并不是这样。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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激光器产业发展概况
激光加工技术是一种新型的绿色***制造技术,相比传统机械加工具备明显优势,其加工方式以非接触方式进行,加工过程能耗低、环保效益高、加工速度快、低噪音、热影响小、适应性强,可加工超高硬度、高脆性、高熔点材料,并可实现自动控制,在精密加工、复杂结构加工、批量自动化生产等领域具备明显优势,被公认为“未来制造系统的共同加工手段”。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。
随着技术不断进步,激光技术应用领域不断拓展,适用于激光加工的材料包括金属及合金、塑料、陶瓷、玻璃、木材、皮革、树脂、橡胶等,在广泛应用于打标、雕刻、切割、焊接、钻孔、熔覆、微加工及表面改性等工业加工领域的同时,还应用于信息通讯数据储存、***美容、科研军事、仪器传感、显示、增材制造等新兴领域。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。
作为激光加工设备的核心部件的激光器,自1960年台红宝石激光器明问世以来,随着技术的发展,发生了巨大的变化,极大的推动了其他科学技术的发展,被认为是二十世纪人类伟大的发明之一。预计2021年总体市场规模将达到2489亿元,未来三年复合增速达20%。近十几年来,激光器的发展更为迅速,出现了种类繁多的激光器,按照增益介质的不同,可分为光纤、固体、气体、半导体激光器等,特定增益介质输出特定波长的激光,本质决定了激光输出功率和应用领域。
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激光器的分类
按工作介质区分,激光器分为:气体激光器、液体激光器、固体激光器、半导体激光器、光纤激光器等。
光纤激光器占工业激光器的份额比例从2009年的13.7%增长至2018年的51.5%,相较于固体激光器、气体激光器、半导体激光器等具备明显的超高地位。
光纤激光器具有输出激光光束质量好、能量密度高、电光效率较高、使用方便、可加工材料范围广、综合运行成本低等诸多优势。因此广泛应用于雕刻、打标、切割、钻孔、熔覆、焊接、表面处理、快速成形等材料加工领域,被誉为“第三代激光器”。
2018年光纤激光器国内市场占有率:美国IPG占比前一,为50.1%;第二名是国内光纤激光器的龙头企业锐科激光,占比17.8%。
超快激光的特点、应用及市场前景分析
实际上,纳秒、皮秒、飞秒都是时间单位,1ns=10-9s,1ps=10-12s,1fs=10-15s。功率大小:可分为低功率激光器(<100w)、中功率激光器(100w-1500w)、高功率激光器(>1500w)。这个时间单位,表示的是一个激光脉冲的脉冲宽度,简言之就是在如此短暂的时间内输出一个脉冲激光。由于其输出单脉冲时间非常非常短,因此这样的激光称为超快激光。当把激光能量集中在如此短的时间内,会获得巨大的单脉冲能量和极高的峰值功率,在进行材料加工时,会很大程度上避免长脉宽、低强度激光造成材料熔化与持续蒸发现象(热影响),可以大大提高加工质量。
在工业上,通常将激光分成连续波(CW)、准连续(QCW)、短脉冲(Q-Switched)、超短脉冲(Mode-Locked)四类。海外激光器龙头包括IPG(光纤激光器)、nlight(光纤激光器)等。连续波以多模连续光纤激光器为代表,占据了当前工业市场的大部分份额,广泛应用于切割、焊接、熔覆等领域,具有光电转换率高、加工速度快等特点。准连续波又称长脉冲,可产生ms~μs量级的脉冲,占空比为10%,这使得脉冲光具有比连续光高十倍以上的峰值功率,对于钻孔、热处理等应用来说非常有利。短脉冲指的是ns量级的脉冲,广泛的应用于激光标刻、钻孔、激光测距、二次谐波的产生、军事等领域。超短脉冲则是我们所说的超快激光,包括达到ps、fs量级的脉冲激光。