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超快光纤激光器开始迈进市场 |
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| http://cn.newmaker.com
6/2/2009 10:25:00 AM
佳工机电网
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 图：超快激光加工无热损伤或热损伤很低（左侧）。随着激光作用到材料上的相互作用增加，就会产生很多热量，例如Q开关和连续波激光加工（右）。
在过去很长一段时间内，超快激光器一直是激光器市场中一个“沉睡的角落”，它们的存在是为了满足一些奇特的研发应用。然而现如今，不但很多激光器供应商都生产超快激光器，而且其中很大一部分供应商还生产超快光纤激光器，其中有两家甚至还有超快薄片激光器。这个“沉睡的角落”到底发生了什么呢？
新技术要求我们对超快激光器做出精确定义。在脉冲压缩技术出现之前，皮秒激光器曾经被视为超快的极限，并且现在人们也认为它们比飞秒激光器更适合许多材料的微加工。我们对于超快的定义既包括皮秒激光器也包括飞秒激光器。
多年来，超快激光器一直局限于科研应用。如果激光器是人们最后才使用的工具，那么超快激光器就是所有激光器中的最后选择。换句话说，如果能够更加容易而且廉价地达到工作目的，用户就不会选择使用激光器。如果需要使用激光器作为工具，连续波或Q开关激光器通常要比超快激光器易于操作，且成本低廉。
然而，如果把超快激光器比作精密的手术刀，那么其他激光器就像粗糙不平的锯子。超快激光器可以完美地在材料中形成非常干净的切口，而且热损伤很小，甚至没有热损伤。被加工的材料可以是微流体器件、光刻半导体器件、人体组织以及炸药等等。超快激光器之所以能实现如此完美的加工效果，原因是超快脉冲能够非常迅速地供给能量。它可以在产生的热量耗散掉之前使材料汽化或者启动多光子过程。因此它可以实现无热过程，或者至少是热损伤最小的过程。但是对于大多数激光加工应用来说，这未免有些过于精密了。
超快脉冲还能非常高效地产生非线性效应，比如波长变换和多光子吸收，可用于晶圆检测和生物医学成像。它们也可用于观察光谱和粒子物理研究中的时间分辨现象，同时也能为计量学提供非常稳定的高频脉冲序列。
超快光纤激光器的定义
几十年前最初的超快激光器是染料激光器和固体激光器。20世纪90年代初，在短短的几年内，掺钛蓝宝石激光器和光纤激光器实现了商品化。多年来，掺钛蓝宝石激光器一直在超快激光器市场中占据主导地位，并将继续保持其在极高峰值功率和极短脉宽方面的支配地位。随着技术的进步，光纤激光器也已经非常适合许多更为主流的超快应用。它们具有光纤激光器的共同优点：紧凑坚固的设计、低廉的维护成本以及始终如一的高光束质量。
然而，在超快领域里很难精确地定义光纤激光器。例如，相干公司去年5月在Taliske举行的2008年CLEO会议上宣布了一款新型超快激光器，其特征是用一个光纤振荡器作为固体放大器的种子。去年，Newport公司也发布了一款名为 Pantera的新型超快激光器，其特征是用一个固体振荡器作为光纤放大器的种子。而IMRA公司和其他供应商销售的激光器则为全光纤设计。还有一些公司同时销售这两种类型的光纤激光器。
超快激光器销售的方式也是五花八门。一些头脑灵活的研究人员可以购买一些激光器模块，例如振荡器、泵浦激光器，以及放大器或光学参量放大器（OPA），然后自己组装成超快系统；当然，也有人会购买定制的一体机。也有超快激光器供应商会外购相关的模块，而有些供应商则更愿意自己生产模块。
瑞士Time-Bandwidth Products公司和Trumpf公司分别于近期发布了一些超快薄片激光器。这些产品的平均功率高达50W。
根据我们的统计，目前市场上有37家公司都生产同一款超快激光器。各个厂商之间相互竞争，以获得更大的市场份额；同时这些厂商又联合起来，同激光器以外的解决方案相抗衡，无论是在机械钻头、外科手术锯还是在紫外灯领域。如果超快市场增长足够快的话，每个供应商都会从中受益。实际情况通常是，每个供应商都能找一个自己最擅长的领域，从而导致市场重新分割。
超快激光器应用的一个典型例子是：IMRA公司和德国Carl Zeiss Meditec公司合作开发了一款眼科工具，它用一台超快激光器既作为激光角膜刀（取代了机械刀片），又充当折射机构（取代了准分子激光器）。多年来 Meditec公司一直在努力进行产品开发，并申请监管部门的批准，而最终还是IMRA公司在这方面做得非常好。IMRA公司的成功源自于与用户长期不懈的合作。在超快激光器市场，厂商不可能在短期内获得巨额利润。
市场情况
整个超快激光器市场规模适中：2007年大约2.6亿美元，并且增长速度健康平稳，而不是爆发式增长。光纤激光器通常被认为是实现低成本超快激光器的最佳途径。高脉冲能量的飞秒激光器售价约30万美元，一些大工程动辄耗资数千万美元；相比之下，功率较低的超快光纤激光器和固体激光器有时的售价可以低到5万美元以下。如果超快激光器的成本下降得足够低，那么其市场就会迅速扩大。
然而，超快激光器并非是标准产品。它们之所以是用户最后才会选择的激光器，是因为每一个技术规格都需要成本。这意味着订单的数量只是几个或者最多几十个，但是其利润是非常高的。诚然，降低价格必将促使销量上涨，但即使超快激光器是免费的，它们也不会被用在大多数工业激光应用中。
当然，超快激光器也填补了一些空白。它们能够非常出色地完成很多工作，并且其应用领域也在不断拓展。事实上激光行业的成功在于：它始终服务于一小部分率先将新应用推向市场的用户，对于能够做到这一点的激光器供应商来说，未来几年将商机无限。
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