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光纤激光器的发展现状及应用进展
发布时间:2014-11-19    来源:网络   阅读次数:648 分享到:

     近几年,工业光纤激光器在近几年来已成为激光行业内关注的最大焦点,由于它在钣金切割和打标应用上的突破,已经引起了激光行业内的领袖和专家,系统集成商和终端用户,投资者和政府部门的高度关注。过去的一年,国产的光纤激光器发展势头迅猛,在中低功率(10~500W)领域取得了长足的进展,在高功率(千瓦级)上取得了历史性的突破。

  国内光纤激光器市场现状

  目前国内做工业光纤激光器的公司大约有15家左右,大多数是自2010年以后由海外回国的学子创建。一半以上还有国内顶尖研究所的背景。这恰恰显示了光纤激光技术和应用市场对资本市场和人才市场的吸引力。但是由于海归人士各自为战的创业模式,他们均只带回了某一项或几项技术和工艺,而无法独自将整个光纤激光器制造的产业链带回,因此在创业初期几乎所有的公司都不同程度地依赖进口的关键零部件,有的干脆以组装进口为切入口,先占领应用市场。随着市场的扩大,一些公司开始第二阶段的投资,研发生产自己的关键零部件以及专利,并在国内逐渐形成上游关键器件的产业链,如光纤耦合器、模式适配器、声光调制器、光隔离器等,为下一步的扩展和成本控制奠定了一定的基础。

  业内一般将平均功率在100W以下的激光器称为低功率激光器,100~1000W为中功率激光器,1kW以上称为高功率激光器。

  低功率光纤激光器

  应该说工业光纤激光器在中国的最早突破口是激光打标市场。从5~50W,连续或脉冲,其中以10W和20W脉冲为主。这也正好给光纤激光器制造商提供了机会,因为低功率远比高功率容易做成。

  2007年从美国海归的闫大鹏博士创办武汉锐科,并于2008年将国产低功率光纤激光器投放市场,目前,已有以锐科和创鑫为代表的约15家厂商,在50W以下的打标及其他市场占有一席之地。据不完全统计,这些厂商占有约40%的国内光纤打标市场。

  值得争议或探讨的是,这里面一部分市场是通过大幅度降低价格,用几乎接近成本的价格取得的。这虽然给走在前头的几家厂商以足够的量来促进生产规模,提高质量,和降低成本,但给整个行业带来了“有了产品却无法赢利”的尴尬局面。值得庆贺的是,打标机由于光纤激光器而变得到简单可靠,出口占领国际市场成为现实。可以说,在低功率市场,国产光纤激光器将很快分得半壁江山。

中功率光纤激光器

  一是技术发展的自然趋势,二是为了生存,三是为了进入比打标更大更能盈利的市场,光纤激光制造商都在往中高功率延伸。据报道,国内有四家厂商现已推出500W的产品:武汉锐科、西安梅曼、北京国科世纪和纽敦光电。

  中功率的应用市场包括金属薄片切割和焊接,还有三维切割等。这是传统YAG的市场。现在已经受到了光纤激光的冲击,由于市场竞争还没有白热化,因此还有较大的利润空间。同时,光纤激光器厂家还采取了各自不同的市场和产品策略,以求生存和发展。有的与系统集成商联手,共同开发光纤激光加工系统。有的干脆自己也做系统。由于市场大,地区广,应用多,所以各种模式均有成功的机会。

  高功率光纤激光器

  从利润和销售额来看,光纤激光器最大的市场在千瓦级以上的应用。目前来讲,二维钣金切割是千瓦级光纤激光器的主要应用,国内的大功率切割机市场每年有近两千台的需求。高功率激光的焊接和其他应用,市场潜力更大。正由于此,国内大厂家均瞄准了高功率产品。

  从技术层面上来讲,高功率光纤激光器分单模和多模。将几个较低功率(低于千瓦级)的单模光纤激光输出合成一个千瓦级的输出应远比千瓦级的单模输出要容易。虽然,能取得多大功率的单模输出代表着高功率光纤激光器厂家的技术水平,但从原则上说,能取得几百瓦单模光纤激光输出的厂家均能做出千瓦级的多模光纤激光器。而大部分工业应用,如中厚钣金切割和焊接,并不需要单模。目前有两家公司已推出千瓦级的光纤激光器。梅曼宣布推出1kW工业光纤激光器,锐科实现了1~4kW功率的工业光纤激光器产品样机,并且将在2012年下半年推出1-2kW产品,2013年推出4kW产品。另外,至少还有4家公司声称将要推出千瓦级的光纤激光器。

  种种迹象表明,国产千瓦级工业光纤激光器的市场推广即将或已经到来。与国外同类产品的竞争即将展开。[JF:Page]

值得关注的几家光纤激光器公司

  武汉锐科——产品系列最全,规模最大,控股公司实力雄厚。拥有三位“国家千人计划”为领军的技术团队。目前已有10~100W脉冲,50~4000W连续的产品系列。

  深圳创鑫——2002年就投入光纤行业,市场经验丰富,掌握了核心的高功率无源器件技术,除了泵源和双包层光纤外,所有器件全部自产,低功率产品齐全(10~100W),能够生产10~100W声光调Q和LD种子+MOPA两种技术的脉冲光纤激光器,并正向中高功率延伸。

  苏州华必大——12名海归技术精英,技术实力雄厚,掌握全面,从芯片,封装,光学成形,抽运源光纤耦合,到有源光纤,仿IPG做垂直生产,有望控制成本。同时拥有高功率半导体激光器产品。

  国神光电科技——留美博士创立的高新技术企业。与上海光机所合作密切,擅长皮秒和飞秒激光器,以及光纤声光调制器。公司拥有多项专利技术,多项核心技术处于国际领先水平。

  纽敦光电——以半导体激光器产品为主,开始往光纤激光器发展。掌握有关高亮度的激光技术。现提供50~500W单模光纤激光器。千瓦级光纤激光器近期推出。

  中科梅曼——西安光机所的技术和研发支持,自主生产系统设备。

  北京国科世纪——2002年成立,有强大的研发能力和政府背景,已推出500W光纤激光器。

  全球性光纤激光供应商例如IPG公司早前为拓展自身产品线已花费巨大筹建了研究发展部门。未来,光纤激光器行业中,各大厂商将加大在技术研发的投入以提升产品功能达到日益增长的客户需求。而从回报上来看,研发方面的投入又将增加产品的市场占有率同时也有利于形成或保持自身的市场竞争优势。

  供应商之间的协作共赢将成为未来该产业中的又一趋势。商业合作旨在扩大市场占有率同时获取最大的市场利益,通过战略联盟,也能促进各自技术交流发展。

  光纤激光器的行业应用不断普及得益于技术的不断发展,主要是在成本、能耗和空间三方面不断降低。相比于其替代技术,光纤激光技术正在变得日益成熟,特别是在能耗节省方面尤胜从前。

  相比于其他技术,光纤激光器在工作中将产生更少的二氧化碳的同时传输性能更高。像降低能耗、减少浪费和利用无害材料都将提升光纤激光技术在激光领域的普及度。

  鉴于全球对光纤激光技术的认可度正在提升,供应商正在倾向于加大产品生产量,提高各自生产力。例如,在2012年,IPG公司投入了6820万美元,主要用于提高产品生产量。

  国际光纤激光器市场主要供应商包括:相干公司、IPG公司、罗芬激光、理波公司、通快公司、3S PHOTONICS、Apollo Instruments、Active Fiber Systems GmbH、Amonics Ltd等36家企业。而国内光纤激光器供应商主要包括:武汉锐科、创鑫激光、天元激光、中科梅曼、国科世纪、安扬激光、苏州图森激光、昂纳等。随着政策扶持力度加大,应用市场的打开,国内光纤激光器犹如雨后春笋,正经历着快速发展期。但是由于核心材料器件仍掌握在国外少数企业手中,中国光纤激光器企业发展仍相对受限。另一方面,低功率光纤激光器的同质化以及价格竞争现象突出,也成为中国光纤激光器产业发展不得不面对的难题。亚洲已经成为全球主要的激光应用市场,国内光纤激光器产业取得的成绩有目共睹,但是如果解决不了资源配置,竞争与合作的问题,那么很有可能错失更多的产业红利。

  国产光纤激光器市场展望

  1.国产光纤激光器的功率会越来越高。千瓦级的工业光纤激光器会在一年之内进入市场。

  2.国产光纤激光器有望在两年内占据中国市场60%的份额。
 3.国产光纤激光器的质量会继续改进——这是由激烈的竞争所决定的,劣者会被市场所淘汰。

  4.随着市场的扩大,投资,研发和生产国产的关键零部件(包括增益光纤和抽运源)以及申请专利的力度会加大,并随着自主研发关零部件的增加,成本会得到进一步的控制。这是在市场上最后取胜的关键。

  5.能否将各激光厂家联合起来,制定出一套利于良性竞争的市场行规和业内共识,是光纤激光器市场,特别是高功率光纤激光器市场,不沦陷为另一个打标市场,也即恶性竞争的关键。

  6.政府支持的力度还会加大。但方式应有所改变。国家必须从宏观层面出发,组织和协调单个公司或机构没法迅速解决的高、大、难的技术及工艺攻关项目。

  7.非1μm波长的光纤激光器的应用,以及皮秒和飞秒光纤激光器的应用,会进一步地开发出来。光纤激光器在微加工领域的应用即将成为另一个亮点。

  8.受到光纤激光器冲击的二氧化碳激光器和碟片式激光器正以改良后的产品反过来向光纤冲击。它们的成本和可靠性都已经是今非昔比,不可忽视。

  9.新一代的半导体激光器,由于其亮度的不断改进提高,已经在钎焊,熔覆和表面处理给光纤激光形成了很大的市场压力。据目前的信息判断,用半导体激光器来直接切割钣金,应该不会太遥远了。新一代的半导体激光器挑战光纤激光器,将会是又一场类似光纤激光器替代二氧化碳激光器的变革。

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