光纤激光器

光纤激光器（Fiber Laser）是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器，光纤激光器可在光纤放大器的基础上开发出来：在泵浦光的作用下光纤内极易形成高功率密度，造成激光工作物质的激光能级“粒子数反转”，当适当加入正反馈回路（构成谐振腔）便可形成激光振荡输出。

行业情况

光纤激光器行业发展总体概况十三五期间（2017至2021），2017年全球光纤激光器市场规模为2522.7百万美元，近两年由于疫情的影响，根据本公司最新调研显示，2021年全球光纤激光器市场规模为3280.25百万美元，2017-2021这五年期间年复合增长率CAGR为6.79%。

十四五期间（2021至2025），预计2025年全球规模将达到4366.09百万美元，2021至2025期间年复合增长率为7.41%。

高功率脉冲光纤激光器，具有稳定可靠，性价比高，高功率高效率，优异的光束质量等特性，已广泛应用于新能源行业，装备制造业，3C行业，精密加工行业，激光清洗等领域。

根据种子源特性的不同，纳秒脉冲光纤激光器一般分为调Q脉冲光纤激光器和MOPA 脉冲光纤激光器。工业用高功率脉冲光纤激光器一般采用MOPA结构，包括主动调Q脉冲光纤激光器/电调制的半导体光纤激光器以及若干级光纤放大器实现高功率脉冲激光输出。

目前比较成熟的技术是采用MOPA(主振动功率放大)技术来实现，MO(Master Oscillator)就是主振动器，其实就是一个功率很小激光器，一般可选用波长合适(如1064nm)的Laser Diode 。小功率LD很容易通过驱动电流来直接调制输出参数，如重复频率、脉宽、脉冲波形以及功率大小，通过尾纤把光脉冲信号串联进PA(Power Amplifier)---光纤功率放大器进行光脉冲放大。光纤放大器一般只用于光纤通讯，它的原理与光纤激光器相似，只不过撤掉了光纤两端的光纤光栅而无法形成激光振动，只起信号放大作用。光纤放大器能严格按照MO耦合进来的种子源光进行原形放大，并基本保持种子激光波长、重复频率、脉冲波形等参数，所以脉冲激光器采用MOPA方式，经过多级放大后，既可得到优良的激光特性，又能大大提高输出激光的亮度。

相比调Q激光器，MOPA 激光器脉冲宽度可控，峰值功率可控，工作频率范围广，稳定可靠，更受应用市场青睐。

激光器行业现状

近几年来我国激光制造行业呈现整体爆发的态势，这背后离不开国产光纤激光器制造厂商的迅速成长。而进口光纤激光器高昂的售价一直是激光设备无法在更多应用领域获得更大规模应用的主要发展障碍，从这一点上讲，国产光纤激光器制造厂商不断向市场推出物美价廉的产品，承载着国内甚至全球激光装备和应用市场持续高速发展的重要历史使命。连续激光器已得到较大的发展，中低功率激光器，已基本被国内厂商占据，最高输出功率可以达到10万瓦(锐科2021年推出)。

超高功率脉冲光纤激光器市场，目前主要由IPG 垄断。超过250W 以上脉冲光纤激光器，IPG 市场占比90%以上，目前主要应用在锂电池薄片切割，太阳电池片加工，激光清洗等行业上。国内厂商，处于明显劣势。近单模的MOPA 激光器，目前国内最高功率约500W。而IPG 同类激光器输出功率超过5000W，但对国内最高只能销售500W MOPA。超高功率脉冲光纤激光器近年发展迅速，国内厂商正在努力追赶，公大激光最近推出了近单模1000W MOPA脉冲光纤激光器。

1000W MOPA 激光器输出特性

　　(1)输出模式表

   　(2)输出脉冲波形

　　输出脉冲波形 10-500ns 满功率输出

　　脉冲稳定性测试-500ns 670KHz 1052W

　　(3)输出光谱图 (10-500ns)

　　输出光谱10-500ns 满功率输出

　　(4)输出功率曲线

　　a.输出功率曲线：

　　b. 输出功率稳定性测试(38小时)

　　38小时功率稳定性测试

　　(5)光束质量测试报告

　　输出光束质量及光斑能量分布

　　5、1000W MOPA 激光器应用初步测试

为了粗略测试1000W MOPA激光器，基本性能，我们进行了对比实验。实验配置F160焦距的场镜，在铝材上进行一分钟的15mm*15mm面积深雕，分别使用公大激光的300W 、500W 和 1000W MOPA 进行对比测试。分别测试了，采用正焦深雕和Z轴同步移动两种方式，测试结果见下：

Fig 1. 起始正焦深雕--Z轴不移动

Fig 2. Z轴匀速移动，基本保证正焦深雕

测试激光器基本参数对比：

　注：上述激光器最大单脉冲能量为2mJ , 但最高深雕效率为1.5mJ 左右，因此使用1.5mJ 的参数进行深雕对比实验。

从数据上看，不使用Z轴进行焦距矫正时，深雕的效率明显低于采用Z轴矫正焦距的深雕效率。主要原因为，离焦后聚焦光斑变大，能量密度下降，导致深雕效率下降。1000W MOPA 铝材深雕效率明显高于500W 和300W MOPA，见图片测量数据。注：本次实验仅测试效率，未考虑深雕后，基材低纹情况。

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