OFweek激光網(wǎng)訊：近日IPG Photonics發(fā)布2014年二季度業(yè)績(jì)報告，數據顯示，該公司二季度實(shí)現1.922億美元營(yíng)收，凈利潤為4828萬(wàn)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(shí)現營(yíng)業(yè)收入1.706億美元，同比增長(cháng)20%；凈利潤為4053萬(wàn)美元，同比增長(cháng)15%。因此，IPG 2014年上半年實(shí)現總營(yíng)收3.628億美元，凈利潤8881萬(wàn)美元。
“高功率光纖激光器的需求大幅增長(cháng)�！痹摴镜氖紫瘓绦泄貲r. 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(dòng)激光材料加工應用保持18%的年增長(cháng)率。而高功率光纖激光器保持22%的增長(cháng)率。從地域上來(lái)看，歐洲和亞洲對于業(yè)績(jì)增長(cháng)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(kāi)發(fā)商和制造商，其主要研發(fā)、生產(chǎn)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(chǎn)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(chē)（Volkswagen），這些日常用品的生產(chǎn)都離不開(kāi)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(yè)仍在繼續搶占傳統激光器在制造領(lǐng)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(yíng)業(yè)收入為6.48億美元，較2012年5.62億美元增長(cháng)15.2%；凈利潤為1.56億美元，較2012年1.45億美元增長(cháng)7.43%。其中，IPG高功率光纖激光器銷(xiāo)售的大幅增長(cháng)主要歸功于汽車(chē)、重工業(yè)和制造業(yè)對激光切割和焊接需求增長(cháng)。
同時(shí)，為了滿(mǎn)足日益增長(cháng)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(jìn)行大規模生產(chǎn)。
光纖激光器的技術(shù)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(zhì)的激光器，光纖激光器可在光纖放大器的基礎上開(kāi)發(fā)出來(lái)：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(zhì)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(xué)公司的E.Snitzer等就在光纖激光器領(lǐng)域進(jìn)行了開(kāi)創(chuàng )性的工作，但由于相關(guān)條件的限制，其實(shí)驗進(jìn)展相對緩慢。而80年代英國Southhampton大學(xué)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(lái)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(lái)作為腔鏡，從而實(shí)現全光纖結構。泵浦光從左邊腔鏡耦合進(jìn)入增益光纖，泵浦光在包層內多次反射穿過(guò)摻雜纖芯，光纖具有足夠的長(cháng)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(gè)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(shí)際上就是Fabry-Perot諧振腔結構。光纖激光器實(shí)際上是一個(gè)波長(cháng)轉換器。在泵浦波長(cháng)上光子被介質(zhì)吸收，形成粒子數反轉，最后在摻雜光纖介質(zhì)中產(chǎn)生受激發(fā)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(zhì)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(lèi)。摻雜激光器的增益介質(zhì)主要是稀土光纖，激光產(chǎn)生機制是受激輻射。受激散射光纖激光器的發(fā)光機制是非線(xiàn)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(xiàn)形腔、環(huán)形腔等，如圖2所示。用光纖光柵代替腔鏡，線(xiàn)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(xiàn)形腔光纖激光器結構簡(jiǎn)單能實(shí)現高功率和單縱模輸出，二環(huán)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(xiàn)形腔 （b）環(huán)形腔
按激光輸出的時(shí)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(shù)實(shí)現，鎖模技術(shù)分主動(dòng)鎖模和被動(dòng)鎖模兩種。
光纖激光器的關(guān)鍵技術(shù)可以分為：特種光纖技術(shù)、包層泵浦耦合技術(shù)、光纖光柵技術(shù)、半導體泵浦激光器技術(shù)、光纖激光器整機技術(shù)。
光纖激光應用領(lǐng)域強勢增長(cháng)
目前，光纖激光器最大的市場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)潛力更大。
2013年，全球工業(yè)激光加工產(chǎn)業(yè)情況較為復雜：美國市場(chǎng)借助出口方面的出色表現有所增長(cháng)；歐洲憑借德國的出口增長(cháng)僅維持收支平衡；亞洲市場(chǎng)，東盟國家的增長(cháng)抵消了中國的經(jīng)濟放緩以及日本的零增長(cháng)。2013年工業(yè)激光材料加工市場(chǎng)規模增長(cháng)了約3.6%，達到23.93億美元。該領(lǐng)域的市場(chǎng)需求推動(dòng)著(zhù)全球激光加工市場(chǎng)的持續增長(cháng)，主要業(yè)務(wù)涵蓋了打標、微加工和材料加工。
2013年工業(yè)激光打標和雕刻市場(chǎng)規模達到3.42億美元，年增長(cháng)率為13%。其中光纖激光器占據了主要地位，約占此類(lèi)設備的66%，應用于打標和雕刻領(lǐng)域的激光器的銷(xiāo)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(lái)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(cháng)24%，據估計高功率光纖激光器已經(jīng)滲透到鈑金切割市場(chǎng)（高達35%）；直接半導體激光器增長(cháng)了26%。其中，2013年應用與材料加工領(lǐng)域的光纖激光器（≥1千瓦）的銷(xiāo)售收入為4.32億美元。
如今，光纖激光器在各個(gè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域的占有率不斷提升，推動(dòng)全球激光市場(chǎng)的發(fā)展，光纖激光器以高效率及低維護運營(yíng)成本的優(yōu)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(jīng)革新了全球的標記和雕刻工業(yè)，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(zhù)技術(shù)的不斷成熟，功率做得越來(lái)越大，在材料加工方面不斷的侵蝕CO2激光器的市場(chǎng)份額，而且年增長(cháng)率達到20%。
結 語(yǔ)
誕生于60年代，發(fā)展于90年后的光纖激光器憑借著(zhù)它的先天性?xún)?yōu)勢不斷地擴充自己的地盤(pán)，全面向光通訊、大功率激光加工、激光醫學(xué)、生物技術(shù)擴張，特別是在激光加工和光通訊方面的發(fā)展潛力，讓業(yè)界嘆為觀(guān)止。目前國內可能仍有30多家已經(jīng)進(jìn)入或者正在準備投資進(jìn)入光纖激光器領(lǐng)域，隨著(zhù)新技術(shù)、新應用以及現有技術(shù)的不斷改進(jìn)，這個(gè)市場(chǎng)的新寵或許會(huì )在未來(lái)的某一天取代傳統激光器。 |
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