古语云,尺有所短,寸有所长。 不同的领域、不同的应用对激光器有不同的要求。 不是一个人可以完全取代另一个人,而是你中有我,我中有你。 很难说。
我们从技术、市场、择业三个方面来分析:
首先从技术角度分析:
对于以上三类激光器来说,半导体激光器是命脉,光纤和固态都依赖于半导体激光器的发展。
半导体泵浦固体激光器也称为 DPSSL。 顾名思义,它们是由半导体激光器 LD 泵浦的。 电光转换效率、输出波长、耦合难度等直接影响DPSSL的发展。
作为反例,在工业紫外毫秒飞秒DPSSL中,通常使用掺Nd晶体来实现高功率。 原来的LD模块大多波长为808nm,量子效率稍低,热效应较大。 但现在880nm-890nm LD模块问世,带内泵浦(In-BandPumping)逐渐成为主流,量子效率高,废热少,大大简化了腔体设计和晶体散热的工作。 如果914nm LD的功率继续提高,热负荷进一步增加,则有可能取代并成为新的主流泵浦技术。
此外,当LD未锁波时,其输出波长非常依赖于LD的温度变化。 如果低温下功率控制不好,输出波长会立即发生变化,偏离晶体吸收峰,导致功率上升。 如今,通过在后端芯片中刻制光栅进行波锁,可以将输出波长稳定在所需波长,对温度控制的要求更低,同时也简化了固体激光系统的设计。
“你中有我,我中有你”,这体现在固体激光器上,即LD一般采用光纤耦合输出。 由于单管能量较小,光束质量不好。 通常,将其整形并耦合至光纤输出,以将光束质量提高三倍。
光纤激光器也是如此,同样采用LD作为泵浦源。 电源效率的提高和系统的简化也有赖于LD芯片的发展。
但有一些因素让光纤变得很棒。 首先,光纤的透过率非常高。 看来1km光纤的损耗率相当于1mm熔融石英; 二是光纤散热太好,面容比极高;
高功率方面:
就高功率连续和脉冲激光器而言,归根到底还是需要高功率半导体激光器。 固态激光器和光纤激光器卖得越多,购买的 LD 模块就越多,而且无法更换。 这里没有战斗。
半导体经常因光束质量而受到批评。 数万瓦的激光整形并不容易。 光束整形技术有很多种。 通常,多个条形通过透镜阵列成形和组合。 空间光路较多半导体激光器的优点,发散角不易控制。 在我的印象中,M2不到10。
高功率光纤激光器具有光纤合束器。 如果功率太大,可以采用偏振光束合束的形式。 每个光纤激光器模块均可即插即用,更加灵活。 经光纤耦合输出后,坏模消失,输出光束质量较好。
IPG的100kW 1070nm:
在高功率方面,固态激光器只能与板条和片状激光器竞争。
说白了,高功率激光器的难点就是散热。 这样,减小增益介质的表面积/体积比的唯一方法就是通过光纤、板条、薄片来减小散热面积:
板条:
薄片:
如果板条的光束没有成型,就会呈黄棕色。 如果需要圆形光斑,则必须用柱面透镜组和微透镜阵列来整形。 但对于M2因素也应该辩证地对待。 例如,许多工业应用需要长条状光斑,例如激光熔覆。 长光带需要刷一次,小光斑需要在XY中遍历。 且不说效率低下,包层还可能不均匀。 如果是光纤激光器,则需要特殊成型为长条形光斑。 所谓万事无绝对。
由于激光束径向不存在热梯度,因此薄片的输出几乎是高斯光斑,或者使用光滑切片后的平场光斑。
对于短脉冲:
高能量是目前光纤的死角,因为光纤的纤芯直径很小(纤芯直径太大就不是光纤),所以可以容忍的峰值功率密度不会太高。 毫焦级脉冲可能需要大模场球形光纤,像耶拿学院的那种,长度超过一米,不能弯曲,所以体积也很大。 将偏振光与多个球形光纤结合可以增加脉冲能量,同步精度和复杂度要高得多。 但大能量通过光纤后,输出光斑并不稳定,存在随机演化现象。 只能说哪个工具做哪个工作,哪个工具不适合它。
另外,光纤种子和放大情况下ASE较多,这意味着主脉冲两侧普遍存在强碱基。
毫焦级激光器仍然是LD和DPSSL的主力。 不管焦耳的能量有多大,大部分都是灯泵,所以不在讨论范围之内。
但就近来最热门的超快激光精密加工微焦点短脉冲激光器而言,光纤仍然具有很大的优势,占据约三分之二的市场份额。
纳秒皮秒切割主要在韧性材料的加工中发挥着不可替代的作用,特别是在手机屏幕、液晶屏、OLED等切割方面,目前主要有3条技术路线:
一种是SESAM锁模固态激光器,再生或行波放大,(放大级可能会增加),10ps数量级;
(主要好处是成本,固态不需要CPA,省去了湍流压缩,所以一旦稳定下来,就会有很大的市场空间。)
二是光纤种子源的光纤放大,300fs~ps数量级;
(因为所需的峰值功率不太高,不足以引起较大的非线性效应或引起放大,所以一般来说,光纤皮秒激光器已经适合。如果脉冲对比度较差,这些应用的要求不高,所以也不是不可接受。)
第三种是光纤种子源、固体再生或行波放大。
(当需要大能量和稳定性时,往往采用第三种技术路线,光纤混合固态放大。这既利用了光纤振荡器稳定的特性,又避免了能量钳位。)
这里可能要多说一点,激光器的长期稳定性主要来自于指向稳定性,而振荡器的稳定性一般是固体激光器的弱点,因为增益区的光斑模式一般较小。 在后续的放大中,由于点泵浦面积比较大,增益介质处的模通常设计得比较大,一般稳定性还不错。 采用全光纤结构的种子源后,稳定性大大提高,结合固体放大能量无上限的优点,是一个不错的选择。 (我知道的Trumpf通快和Lumentum都是采用这样的混搭结构,不知道我们光谱灵的100W皮秒是不是一样的,尴尬了,Trumpf的Dira系列这样算应该是1J-1kHz-800fs。)
并且峰值会更高。 例如,在科学研究领域,对脉冲对比度的要求较高,而平均功率要求较低。 一是能量不受限制,二是脉冲干净。 不同领域有不同的需求。
我们的一个想法是,固体激光器的稳定性是一个技术问题,光纤激光脉冲的清洁度是一个科学问题。 技术问题的解决无非就是成本问题,比如良好的偏转处理、温度控制和伺服系统。 这些都是现有技术可以实现的,科研环境一般是恒温恒湿、隔振的。 稳定性对于固体激光器来说不是问题。 然而,光纤的科学研究问题仍需探索。 为此,在纳秒皮秒科研市场上,综合考虑后不如走实线路线,而是科研市场。 。 。
毫秒红光UV方面:
这基本上是一个固态世界。 一方面,半导体直接输出这个波长和脉冲有点费力。 光纤需要腔外外频,效率较低,所以多为腔内外外频的DPSS。
应该是PI最先开发的技术。 腔中心法频率密度高。 可直接装入外部频率和和频晶体,通过镀膜或角度分布输出所需波长的光。 数百赫兹的重复频率在过去三年中急剧下降。 基本上已经被国外打破了。 主要用于切割、打标等。
然而,在 kHz 的高能量下工作更加困难。 我不这样做,也不知道困难在哪里。
10Hz的高能量基本就是灯泵了,腔外的外频就够了,这么大能量的光纤承受不了。 半导体主要是连续和准连续的,这基本上就是灯泵浦固体激光器的世界。
那么从市场角度来分析:
如果从事一个行业,选择一个专业,就一定不能闭门造车。 你必须宏观地审视市场需求,找到自己的定位。
今年推荐顾波老师的一篇文章:(讲工业激光器的,看财报就知道了,得行业者得天下)
国内外工业激光器市场发展及前景
分析几个核心点:
·光通信市场几乎抢占了激光产业的半壁江山,主要是半导体和光纤激光器。
未来跌幅最快的半导体与量子级联激光器
·微加工市场前景,准分子依然坚挺,光纤占比越来越大,固态、CO2不变。
因此,综合比较,半导体和光纤市场仍然很大,而且绑定也很紧。 光纤需要半导体来泵浦,传输和放大可以用光纤来互补。 固态激光器没有那么强大。
从职业角度考虑:
我不知道问题的主题是选择方向还是投资,所以我们自己做决定,从职业选择的角度来谈谈。
先说就业:
我研究固体激光器,也研究光纤。 (你应该把脸藏在这里)
首先听说光纤的工资很高。
你想,固体激光器没什么特别的,你可以学一下,无非就是摆好镜子的框,拧一下螺丝等等。 光纤激光器不同,设备不同,切割机融合台必须会操作,很多专业设备必须要学习才能操作,光是培训就要花很多钱,学习后的身家自然不同。 烧制一颗水晶要花费数千美元,烧制一颗钛蓝宝石则要花费数万颗。 烧一根光子晶体光纤要多少钱? 你的经验和净资产都被烧毁了。
另外,激光只是一个小方向。 学习了光纤之后,我会转行,变得更好。 去光通信什么的,钱多了,选择也多了。 如果你想学固体激光器,恐怕转行只能去光学了。 镜头设计并不那么容易。 我们几乎不设计固体激光器的透镜半导体激光器的优点,我们要学习很多几何光学。 出色地。
我们来谈谈创业:
这个对我来说比较扎实,门槛低一点,(除了薄片和板条),也不算太贵,资产不是很重,毫秒、飞秒、皮秒都可以玩。
另外,时机刚刚好,国外还没有出现一家独大的局面,还有打架的情况。 就光纤而言,有一些超快的光纤。 如果你想用大功率,就洗漱睡觉吧。 投入太大,对手太强。
如果你有赚钱的条件,不管是拿政府还是招商引资,建议用板条和板材,基本上是真空的,目标大,赚钱容易。
最后,国家层面的支持:
半导体激光器,量子级联。
体量巨大,没有国家支持确实不可能做到这一点。
别看这么小的芯片,这才是真正的命脉和上游,
相关购买了Dilas,加上恩奈和II-VI,
国外目前正在筛选和包装。 他们只能指望购买利默的炬光,尽快将芯片生产工艺完全掌握在自己手中。
一旦中俄贸易战爆发,LD模组将会更加昂贵。 您打算在国外生产光纤和固态吗?
另外,听说上海正在大张旗鼓地做LD,并且拥有做芯片的核心技术。 希望能做好。 快点。
还是那句话尺有短,寸有本。 希望激光产业蓬勃发展,百家争鸣。