光纤激光器的工作原理详解,光纤通信激光器的工作原理

首页 > 教育 > 作者:YD1662024-05-03 04:15:18

光纤激光器的工作原理详解,光纤通信激光器的工作原理(1)

摘要:中国制造业的快速发展,特别是在汽车、电子、航空航天等领域,增加了对精密切割、焊接和雕刻等加工技术的需求,进而推动了光纤激光器的市场需求。中国持续扩展其光纤通信基础设施,包括5G网络的部署和光纤宽带的普及,这导致对高性能光纤激光器的需求增加,数据显示,2022年中国光纤激光器行业市场规模约为122.6亿元。

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一、定义及分类

光纤激光器是一种利用光纤作为增益介质来产生激光光束的装置。它是激光技术的一种应用,具有高度的定向性、单色性和高亮度,被广泛应用于通信、医疗、材料加工、测量和科研等领域。光纤激光器的工作原理涉及激光的放大和反馈过程,基本上,它包含一个光纤作为增益介质,一个激发源(例如激光二极管或其他激发方式),以及用于反馈的光栅或其他光学元件。

光纤激光器种类较多,根据其激射机理、器件结构和输出激光特性的不同可有多种不同的分类方式。根据目前光纤激光器技术的发展情况,其分类方式和相应的激光器类型主要有以下几种:按激光的工作模式可主要分为脉冲光纤激光器和连续光纤激光器。按输出激光功率大小可分为:低功率光纤激光器:平均输出功率小于100W的光纤激光器;中功率光纤激光器:平均输出功率在100W至1000W的光纤激光器;高功率光纤激光器:平均输出功率大于或等于1000W的光纤激光器。

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二、行业政策

近年来,我国出台多项相关政策支持激光器行业发展。激光器是激光装备的核心部件,而激光装备的下游应用领域非常广泛,涉及电子信息、装备制造、通讯、交通设备、医疗设备、航空航天、石油管道、增材制造等诸多重要工业领域。激光技术是我国制造业转型升级的关键支撑技术之一,因此我国政府历来高度重视发展激光产业。2022年6月工信部发布的《工业能效提升行动计划》中指出,加快激光热处理多功能先进工艺产业化应用,带动光纤激光器行业的发展。

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三、发展历程

中国的光纤激光器市场最早是美国IPG和英国SPI联合垄断的市场,在2003美国IPG公司进入中国后,其与英国的SPI公司把控了国内90%以上的光纤激光器市场。直到2008与2013年,武汉科锐与深圳杰普特陆续推出了国产光纤激光器才打破了垄断的局面。截至到2021年,锐科激光在国内光纤激光器行业的市占率已经达到了27.3%,仅次于IPG光子的28.1%。

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四、行业风险

1、市场竞争风险

从地域角度分析,全球范围光纤激光器一流厂商聚集于北美地区,以高功率激光器、高端光纤激光器为竞争优势。亚太地区和欧洲地区分别为全球第一、第二光纤激光器需求市场,且随经济发展侧重点不同而各有需求。欧洲地区市场侧重光纤激光器在汽车零部件加工领域焊接、切割功能,亚太地区市场侧重光纤激光器在电子消费品领域制造功能。从目前来看,全球市场分工较为明确,市场竞争风险较小。

2、原材料压力风险

行业直接材料为生产成本中最为重要的组成部分。行业日常生产中所用到的主要原材料包括泵浦源、晶体、光路组件、钣金机加件等。未来如果市场波动,原材料价格出现较大幅度上涨,原材料采购将占用更多的流动资金,并将增加行业的生产成本,行业的经营业绩会面临下降风险。

3、技术风险

行业所处激光行业是技术密集型行业,对从业人员在技术研发与创新方面有着较高要求。经过多年积累,行业部分企业已成为国内领先的应用于微加工领域的激光器生产商和解决方案提供商,成为吸引和留住行业高端人才的平台。在应用于激光微加工领域的工业激光器产品和定制化解决方案方面,行业部分企业拥有多项自主研发的核心技术,相关技术一旦泄露,会对相关企业的市场竞争力及盈利能力造成不利影响。

行业已建立了较为完善的知识产权保护制度、保密制度与良好的激励机制,拥有稳定的技术人员团队,但如果出现核心技术人员大量流失的情况,可能导致行业在相关领域丧失竞争优势,对行业的经营发展带来不利影响。

4、政策和体制风险

当前光纤激光器行业市场不确定性因素和挑战较多,给光纤激光器行业的发展形成了诸多难题。随着客户对光纤激光器需求的加强,对光纤激光器企业工艺技术的开发和升级提出了更高的要求。基于客户光纤激光器需求的变化,光纤激光器企业需要不断进行产品技术和产品的开发与升级。由于光纤激光器行业相关技术开发投入大、难度高,如果光纤激光器企业的开发失败、开发进度迟缓、技术成果不能及时转化为产品、转化的新产品或开发的新技术服务偏离市场需求,以及原有产品和技术升级慢于市场,将会对光纤激光器企业的经营状况产生重大不利影响。

5、外资进入现状及对未来市场的威胁

《鼓励外商目录投资产业目录(2022年版)》持续鼓励外资投向制造业,全国目录新增或扩展元器件、零部件、装备制造等条目;持续鼓励外资投向生产性服务业,全国目录新增或扩展专业设计、技术服务与开发等条目;持续鼓励外资投向中西部和东北地区,新增或扩展了“中西部地区外商投资优势产业目录”有关条目,我国稳外资政策支持力度进一步加大。

目前我国外资涉及光纤激光器产业的较少,但是随着国家对于外商投资的逐渐鼓励,预计未来外资对于光纤激光器行业的布局会逐渐加大,未来国内自有品牌同外资的竞争压力会持续上升。

五、产业链

光纤激光器由增益介质、泵浦源和谐振腔三个部分组成。光纤激光器使用纤芯中掺杂有稀土元素的有源光纤作为增益介质。一般采用半导体激光器作为泵浦源。而谐振腔则一般利用反射镜、光纤端面、光纤环形镜或光纤光栅等器件构成。光纤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)、军事国防安全、医疗器械仪器设备、大型基础建设,作为其他激光器的泵浦源等等。

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