OFweek激光網(wǎng)訊：近日IPG Photonics發(fā)布2014年二季度業(yè)績報告，數(shù)據(jù)顯示，該公司二季度實現(xiàn)1.922億美元營收，凈利潤為4828萬美元，其中高功率光纖激光器及材料加工應用貢獻明顯。據(jù)悉，IPG 2014年一季度實現(xiàn)營業(yè)收入1.706億美元，同比增長20%；凈利潤為4053萬美元，同比增長15%。因此，IPG 2014年上半年實現(xiàn)總營收3.628億美元，凈利潤8881萬美元。
“高功率光纖激光器的需求大幅增長。”該公司的首席執(zhí)行官Dr. Valentin Gapontsev表示，“激光切割及焊接、3D打印、玻璃切割和激光清洗應用帶動激光材料加工應用保持18%的年增長率。而高功率光纖激光器保持22%的增長率。從地域上來看，歐洲和亞洲對于業(yè)績增長貢獻突出。”
IPG于1998年注冊成立于美國特拉華州，該公司為多種高性能光纖激光器的主要開發(fā)商和制造商，其主要研發(fā)、生產(chǎn)基地分布在美國、德國和俄羅斯，是唯一一家垂直一體化光纖激光器制造商。產(chǎn)品廣泛用于材料加工、醫(yī)療與通信。不論是吉列（Gillette）剃須刀，還是大眾汽車（Volkswagen），這些日常用品的生產(chǎn)都離不開IPG光纖激光器。
目前，約有30%的激光器屬于光纖激光器，而且，光纖激光器行業(yè)仍在繼續(xù)搶占傳統(tǒng)激光器在制造領域的份額，尤其是切割與焊接應用。相比傳統(tǒng)激光器，光纖激光器提高了通用性，降低了能耗，減少了運行與維護成本。IPG 2013年營業(yè)收入為6.48億美元，較2012年5.62億美元增長15.2%；凈利潤為1.56億美元，較2012年1.45億美元增長7.43%。其中，IPG高功率光纖激光器銷售的大幅增長主要歸功于汽車、重工業(yè)和制造業(yè)對激光切割和焊接需求增長。
同時，為了滿足日益增長的光纖激光器需求，IPG今年初宣布繼收購美國維易科精密儀器(Veeco Instruments)分子束外延(MBE)系統(tǒng)后，計劃利用Veeco公司的分子束外延系統(tǒng)，針對其激光二極管進行大規(guī)模生產(chǎn)。
光纖激光器的技術原理
光纖激光器是指用摻稀土元素玻璃光纖作為增益介質的激光器，光纖激光器可在光纖放大器的基礎上開發(fā)出來：在泵浦光的作用下光纖內極易形成高功率密度，造成激光工作物質的激光能級“粒子數(shù)反轉”，當適當加入正反饋回路（構成諧振腔）便可形成激光振蕩輸出。
早在1961年，美國光學公司的E.Snitzer等就在光纖激光器領域進行了開創(chuàng)性的工作，但由于相關條件的限制，其實驗進展相對緩慢。而80年代英國Southhampton大學的S.B.Poole等用MCVD法制成了低損耗的摻鉺光纖，從而為光纖激光器帶來了新的前景。
光纖激光的基本結構如圖1所示。光纖激光器可以用光纖光柵來作為腔鏡，從而實現(xiàn)全光纖結構。泵浦光從左邊腔鏡耦合進入增益光纖，泵浦光在包層內多次反射穿過摻雜纖芯，光纖具有足夠的長度和摻雜離子的濃度等參數(shù)選擇恰當，這樣摻雜離子就能充分吸收泵浦光了。光纖激光器是一個波導型的諧振腔裝置，光波的傳輸由光纖所擔負，這種結構實際上就是Fabry-Perot諧振腔結構。光纖激光器實際上是一個波長轉換器。在泵浦波長上光子被介質吸收，形成粒子數(shù)反轉，最后在摻雜光纖介質中產(chǎn)生受激發(fā)射和輸出激光。
圖1 光纖激光器基本結構示意圖
按增益介質的不同，光纖激光器可以分為摻雜光纖激光器和受激散射光纖激光器兩大類。摻雜激光器的增益介質主要是稀土光纖，激光產(chǎn)生機制是受激輻射。受激散射光纖激光器的發(fā)光機制是非線性效應，主要是受激拉曼散射和受激布里淵散射。
按激光腔結構的不同，可以分為線形腔、環(huán)形腔等，如圖2所示。用光纖光柵代替腔鏡，線形腔又分為布反饋（DFB，Distributed-Feedback）和分布布格反射（DBR，Distributed Bragg Reflector）之分。線形腔光纖激光器結構簡單能實現(xiàn)高功率和單縱模輸出，二環(huán)形腔光纖激光器結構元件較為復雜，通常是多縱模輸出。
圖2 光纖激光器結構示意圖（a）線形腔 （b）環(huán)形腔
按激光輸出的時域特性，又可分為連續(xù)激光器和脈沖激光器。脈沖光纖激光器通常采用調Q和鎖模技術實現(xiàn)，鎖模技術分主動鎖模和被動鎖模兩種。
光纖激光器的關鍵技術可以分為：特種光纖技術、包層泵浦耦合技術、光纖光柵技術、半導體泵浦激光器技術、光纖激光器整機技術。
光纖激光應用領域強勢增長
目前，光纖激光器最大的市場在千瓦級以上的應用，其中二維鈑金切割是千瓦級光纖激光器的主要應用，國內的大功率切割機市場每年有近兩千臺的需求。高功率激光的焊接和其他應用，市場潛力更大。
2013年，全球工業(yè)激光加工產(chǎn)業(yè)情況較為復雜：美國市場借助出口方面的出色表現(xiàn)有所增長；歐洲憑借德國的出口增長僅維持收支平衡；亞洲市場，東盟國家的增長抵消了中國的經(jīng)濟放緩以及日本的零增長。2013年工業(yè)激光材料加工市場規(guī)模增長了約3.6%，達到23.93億美元。該領域的市場需求推動著全球激光加工市場的持續(xù)增長，主要業(yè)務涵蓋了打標、微加工和材料加工。
2013年工業(yè)激光打標和雕刻市場規(guī)模達到3.42億美元，年增長率為13%。其中光纖激光器占據(jù)了主要地位，約占此類設備的66%，應用于打標和雕刻領域的激光器的銷售收入為2.27億美元。
2013年材料加工占激光總規(guī)模的比例最大，達到了14.74億美元。主要體現(xiàn)在具有更高收益的高功率激光器用來加工10mm以上的各種厚度的金屬。激光器方面，CO2激光器占據(jù)了材料加工的47%，在激光整體收益中所占比例為36%；光纖激光器在2013年的增長24%，據(jù)估計高功率光纖激光器已經(jīng)滲透到鈑金切割市場（高達35%）；直接半導體激光器增長了26%。其中，2013年應用與材料加工領域的光纖激光器（≥1千瓦）的銷售收入為4.32億美元。
如今，光纖激光器在各個業(yè)務領域的占有率不斷提升，推動全球激光市場的發(fā)展，光纖激光器以高效率及低維護運營成本的優(yōu)勢受到系統(tǒng)集成商的青睞。低功率脈沖和連續(xù)波光纖激光器已經(jīng)革新了全球的標記和雕刻工業(yè)，逐漸替代燈泵浦和二極管泵浦固體激光器。在大功率光纖激光器方面，隨著技術的不斷成熟，功率做得越來越大，在材料加工方面不斷的侵蝕CO2激光器的市場份額，而且年增長率達到20%。
結 語
誕生于60年代，發(fā)展于90年后的光纖激光器憑借著它的先天性優(yōu)勢不斷地擴充自己的地盤，全面向光通訊、大功率激光加工、激光醫(yī)學、生物技術擴張，特別是在激光加工和光通訊方面的發(fā)展?jié)摿Γ寴I(yè)界嘆為觀止。目前國內可能仍有30多家已經(jīng)進入或者正在準備投資進入光纖激光器領域，隨著新技術、新應用以及現(xiàn)有技術的不斷改進，這個市場的新寵或許會在未來的某一天取代傳統(tǒng)激光器。 |
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