众专家讨论光纤激光应用及发展前景

激光市场的竞争日益激烈。新技术、新应用以及现有技术的不断改进都在不断改变着市场的格局。光子技术综报（PTB）最近同业内一些资深专家就以下问题进行了讨论。

1.光纤激光有可能替代其它在工业中广泛应用的激光，这项技术会如何影响激光市场？

    2.光纤激光的潜力常与其中的泵浦源，即半导体激光模块的发展联系在一起。您对半导体激光技术的发展前景和展望是怎样的？

    3.在生物技术及医疗应用方面对激光有日益强劲的需求，您对这块市场激光系统集成商的机会和挑战是怎样看待的？

    以下是就以上三个问题,国际上业内资深人士的精彩回答:

    光纤激光有可能替代其它在工业中广泛应用的激光，这项技术会如何影响激光市场？

   •“光纤激光在广泛的应用领域中占有重要的角色,因为光纤激光是真正的固体激光,而且所含的光学元件的数量最少,具有非常高的电光转换效率,并且光束质量无与伦比。在不远的将来，光纤激光将在以下市场中取得长足进展：精细加工、汽车行业以及生物医疗等领域。

    高质量的光束以及1微米的波长意味着它可以直接在许多工业应用中取代灯泵扑和半导体泵扑Nd:YAG激光。已经价位很低并且技术成熟的CO2激光的发展也将受到限制。使用同一个光纤激光可以对金属进行切割和焊接将对现存的CO2市场提出严峻的挑战。

    技术上，制造光纤激光的一个关键技术在于如何有效地将泵扑源偶合到增益光纤中。单芯节偶合以及带尾纤的半导体阵列偶合代表着两类技术的发展方向。选择阵列还是单芯节泵扑源取决于功率的大小和最终光纤输出的激光特性。笼统地讲，低功率光纤和脉冲式光纤多使用单芯节，而高功率（>100瓦）多使用阵列。但在市场上也存在很多打破此类规则的产品”。

    ——Robert S. Williamson III, 博士，Alfalight公司，商业发展部总监

   •“低功率光纤激光（50瓦以下）已经成功地在喷码，打标以及特殊的医疗市场上暂露头脚。然而由于其发射的激光为1微米波长，通常仅限制在金属加工领域，而在非金属加工中不太可能有所作为。比如塑料、纸张或布料等材料。这些行业将继续由CO2激光统治。

    最近，在高功率激光（大于4千瓦）方面，光纤激光技术在降低制造成本方面呈现出非常大的潜能。它对现有的Nd:YAG以及高功率CO2激光造成的很大的威胁，特别在金属加工方面。这类高功率光纤激光将被广泛应用于铝材或钢材的切割和焊接。预计将被广泛应用于汽车整车及零配件生产。

    即使在技术上，光纤激光具有很高的取代高功率工业激光的潜能，然而这部分工业市场非常保守，他们需要亲眼看到同行中成功地应用，成本的降低和有效的售后服务之后，才会考虑对传统激光进行替代！

    从光纤激光器的结构上分析，很容易看出，任何一家公司如果要制造光纤激光，必须拥有生产半导体激光模块的能力，因为模块的成本占据了激光总成本的绝大部分。如果您必须在市场上采购模块的话，您终将丧失价格竞争优势”。

    ——Paul Crosby，Coherent公司市场部副总裁
•“当谈到工业使用中等功率（50-500瓦），和高功率（大于500瓦）的激光系统时，阵列根本无法同单芯节激光模块进行竞争。在这中情况下，半导体泵扑固体激光同阵列端泵激光没有多少差别。与光纤的主要优点相比，几乎没有可比性（长寿命，没有复杂的光路调整系统）。

    生产光纤激光的公司，如果在国际市场上采购主要零件的话（如半导体模块、光纤、偶合器等），将无法同固体激光技术在价格方面进行竞争。只有自身能够生产绝大多数零配件的光纤公司将会在同固体激光甚至CO2激光的竞争中取得胜利。

    在1到2年内，我们的价格将会降到可以同CO2激光进行直接竞争。这在切割应用领域，已经开始了。光纤激光将在2到3年内在新装机方面全面替代连续Nd:YAG激光。CO2激光会同光纤激光进行较长时间的竞争，因为其技术简单、光束质量好、价格低廉。但在某些领域中，如金属切割，光纤在3到5年内将全面取代CO2激光”。

    ——Denis Gapontsev博士，IPG光子研发部总监

   •“在千瓦级激光系统的“圣杯”中，光纤激光有50亿美元的市场潜能。要取得这样大的市场，光纤激光首先应当具备明显优于在此领域中的CO2激光系统、碟式激光系统、和灯泵系统的特质。考虑到光纤激光的诸多无与伦比的技术优势，随着时间的发展，还会出现更多新的应用领域，以上市场还会继续增大。

    根据不同的光纤激光的应用，单芯节和阵列端泵可能会取得最后的胜利。如今，阵列端泵技术总造价更加便宜，而单芯节技术具有更长的寿命（特别是对与脉冲式光纤激光）和更为简单的冷却方式。使用哪一种方式最好，取决于功率的大小、所要求的使用寿命、和输出的模式（连续还是脉冲）。当今多数光纤激光生产厂家在使用单芯节技术，因为已经被证实其具有超高可靠性。但阵列技术在高功率方面正在迎头赶上。然而，只要阵列技术保持每瓦的价格居高不下，单芯节依然会继续站主导地位。

    我预计单芯节技术在不久的将来会进入非光纤激光的市场。光纤激光首先引入了单芯节半导体模块技术，它们也会在端泵DPSS YAG激光（包括碟式激光）得到广泛应用。同时可以使用单芯节半导体模块直接进行材料加工的应用”。

    ——Andrew Leuzinger,JDS 产品市场部

   •“光纤激光当然会有很大的市场份额。它们具有很高的效率，是一个有效的工业激光，具有很快取代多种传统工业激光的潜力。

   关于单芯节和阵列泵扑光纤一直存在着有益的争论，焦点是哪一种技术将主导市场？对于nLight公司来说，我们同时提供大功率单芯节和高功率阵列。阵列的优点是所需的泵扑激光可以很小，这使得您可以做出更小尺寸的光纤激光。阵列的寿命没有单芯节那样长（IPG的产品具有500000小时的寿命），我个人认为终端用户对于40000到50000小时的寿命已经很满意了！我不是也很清楚是否通讯行业需要那样长寿命的工业激光”。

    ——Merrill Apter，nLight公司销售及市场部副总裁

   •“最初，光纤激光主要瞄准高端市场，主要在YAG固体激光系统方面。但肯定它具有进攻任何一个材料加工市场的潜力。它将需要很高的可靠性和更低的价格才能进入很多领域。

传统的封离式CO2激光的价格由于技术的进步和产量的不断扩大正在下降。CO2激光仍有很强的生命力，特别是如果CO2激光的柔性导光系统得到解决，这必将为CO2激光发展跨出关键的一步。

    在激光发展的历史上，总会出现新的技术，并且占有很好的市场范围，但传统的技术依然存在。我们公司最大销量的产品是我们20年前开发的产品，因为它非常适合市场的需求。光纤激光同时在某些特定的领域内很好地适应了市场的需求，但我怀疑它是否能够彻底扫除竞争对手。在未来的3到5年中光纤激光会占有很大的市场，而我们也会同时取得很大的进步。”

    ——David Clarke,Synrad公司总裁

    光纤激光的潜力常与其中的泵浦源，既半导体激光的发展联系在一起。您对半导体激光技术的发展前景和展望是怎样的？

   •“总的来说我认为半导体激光是一个寻求解决方案的技术。有些工业市场中非常有效地应用了半导体激光技术。比如DPSS工业钻孔激光系统或端泵DPSS激光打标及雕刻系统。而事实上半导体激光在其他市场和应用方面就产品生命周期而言，还处于婴儿阶段，还有很长的发展时间。

    在过去的2到3年内，我目睹了很多围绕着DARPA，超高效率半导体激光源（SHEDS）项目的发展进程。这几年几乎可以说是半导体激光工业的大复兴时期。SHEDS项目导致生产厂家回过头去，重新设计激光的基本结构。SHEDS类的激光还没有被完全市场化，而我们的目标就是将这一技术广泛应用于商业产品中。在未来的12到24个月的时间当中，您将会看到在工业现场或很严酷的工业环境中运行的很高功率、很高效率的半导体激光产品出现。SHEDS的目标是在指定的温度下达到80%的电光转换效率。

    与这种改进的激光结构同步，需要全新的，温控平台或热沉以改进温度控制。这种新的温度控制将与SHEDS同步平行发展。”

    ——Merrill Apter, nLight公司销售与市场部，副总裁

   •“目前业内总的趋势是不断提高半导体激光的效率，从而可以降低新系统的成本，使用更少的模块。与此同时，可以开启一些新的市场领域。我们同时也在努力提高模块的可靠性。寿命从1万小时，提高到现在的2万或3万小时，这也降低了客户的使用成本。

    我们对制造半导体模块的每一个制作步骤中都进行了改进。正在设计更加有效的生长晶体、硅片加工以及封装等过程。当对所有的细致的过程都进行了改进后，就可以得到具有非常高效率、高品质的产品。”

    ——Frank Leibreich,Spectra-Physics 半导体激光市场部总监

    在生物技术及医疗应用方面对激光有日益强劲的需求，您对这块市场激光系统集成商的机会和挑战是怎样看待的？

   •“医疗及生物市场的强劲需求驱动了飞秒（超快）激光技术在分析仪器应用方面的快速发展。人们正在努力对活体细胞，组织以及病毒转移特质进行实时测量和分析，这些应用对人类攻克癌症等方面的研究至关重要。超快激光使得在对患者进行快速，非介入性诊断时可以取得实时信息。

    现有超快激光的制造技术成本太高，这制约了市场的发展。系统的尺寸也非常庞大。光纤激光的很大一部分应用可以走到超快激光，而且光纤激光的生产厂商也着重从尺寸小巧方面推荐光纤的应用。剩下的很重要的一个问题就是降低成本，我认为至少要降低一个数量级（十倍以上）才可以真正地打开市场。”
——Lisa Tsufura, Melles Griot激光集团，市场部经理

   •“生命和健康科学是一个非常强劲的市场，因为那里会永远不断的出现新的应用，其中很多是基于激光的应用，并且医药也在不断寻求改进。激光不再只局限为一种外科手术工具，其会更加广泛地应用于医学诊断（如细胞影像）、药检、DNA排序、细胞分类以及蛋白质分析等方面。

    现在，您会发现激光被广泛应用于您前所未闻的领域中。一个很好的例子是细胞造影技术。显微镜公司应用飞秒激光，这在15年前还是体积巨大的设备，仅限于物理实验室中应用。而现在可以将其设计在影像聚焦系统中，由电脑直接控制的方便的工具，它可以用于亚细胞水平的研究中。

    各国政府提供了很多经费给生命和健康科学，这对于激光在这些领域中的发展起到了至关重要的作用。而一些大型的生物医药公司为了寻求发展机遇，也对其发展起到了很大的作用。他们需要更高的性能、更高的可靠性和较低的成本，这些都是挑战。同时也是市场的走向，我们正在不遗余力地努力向此方向发展。”

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