OFweek激光網訊：近日IPG Photonics發布2014年二季度業績報告，數據顯示，該公司二季度實現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。據悉，IPG 2014年一季度實現營業收入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商和制造商，其主要研發、生產基地分布在美國、德國和俄羅斯，是唯一一家垂直一體化光纖激光器制造商。產品廣泛用于材料加工、醫療與通信。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，光纖激光器行業仍在繼續搶占傳統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、重工業和制造業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)系統后，計劃利用Veeco公司的分子束外延系統，針對其激光二極管進行大規模生產。
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，形成粒子數反轉，最后在摻雜光纖介質中產生受激發射和輸出激光。
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，激光產生機制是受激輻射。受激散射光纖激光器的發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高功率和單縱模輸出，二環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）環形腔
按激光輸出的時域特性，又可分為連續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，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，全球工業激光加工產業情況較為復雜：美國市場借助出口方面的出色表現有所增長；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濟放緩以及日本的零增長。2013年工業激光材料加工市場規模增長了約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增長，主要業務涵蓋了打標、微加工和材料加工。
2013年工業激光打標和雕刻市場規模達到3.42億美元，年增長率為13%。其中光纖激光器占據了主要地位，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模的比例最大，達到了14.74億美元。主要體現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%，據估計高功率光纖激光器已經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務領域的占有率不斷提升，推動全球激光市場的發展，光纖激光器以高效率及低維護運營成本的優勢受到系統集成商的青睞。低功率脈沖和連續波光纖激光器已經革新了全球的標記和雕刻工業，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，發展于90年后的光纖激光器憑借著它的先天性優勢不斷地擴充自己的地盤，全面向光通訊、大功率激光加工、激光醫學、生物技術擴張，特別是在激光加工和光通訊方面的發展潛力，讓業界嘆為觀止。目前國內可能仍有30多家已經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激光器。 |
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