2017年我国激光器行业激光技术简介与激光器分类（图）

        激光技术起源于 20 世纪 60 年代，为 20 世纪与原子能、半导体、计算机齐名的新四大发明之一，得益于其良好的相干性、单色性、方向性和高能量密度的特点，在传统加工方式替代、产业升级及新型beplay下载软件 装备制造等多个领域为不可或缺的核心技术及部件，以激光器为核心的激光技术是现代制造工业的前沿技术。 

        1、激光器分类

         激光器是激光的发生装置，主要由泵浦源、增益介质、谐振腔等组成。泵浦源为激光器的光源，谐振腔为泵浦光源与增益介质之间的回路，增益介质指可将光放大的工作物质。在工作状态下增益介质通过吸收泵浦源提供的能量，经谐振腔振荡选模输出激光。泵浦源和谐振腔是激光器的关键组成部分，直接影响激光输出参数和运转方式，其性能和稳定性是激光器企业竞争力的重要体现。 

         激光器可以从增益介质、运转方式、输出波长等角度进行分类。 

         ①按照增益介质的不同，激光器可分为光纤、固体、气体、半导体激光器等。特定增益介质输出特定波长的激光，本质决定了激光输出功率和应用领域。

图：目前市场上的千瓦级工业激光器的主要性能参数对比如 

         由上表可知，相对于其他激光器，光纤激光器具有输出激光光束质量好、能量密度高、电光效率高、使用方便、可加工材料范围广、综合运行成本低等技术性能和经济性能等方面的优势，因此广泛应用于雕刻/打标、切割/钻孔、熔覆/ 焊接、表面处理、快速成形等材料加工和光通信等领域，被誉为“第三代激光器”，具有广阔的应用前景 。 

         ②按输出波长，可分为红外激光器、可见光激光器、紫外激光器等。不同结构的物质可吸收的光波长范围不同，例如金属对近红外光吸收率较高，所以近红外激光器比较适用于金属材料加工。 

         ③根据运转方式的不同，可将激光器分为连续激光器和脉冲激光器。 

        连续激光器可以在较长一段时间内连续输出激光，工作稳定、热效应高；特别适合于金属材料的连续高速切割、焊接，以及表面热处理、激光熔敷、激光快速成形等宏观加工；随着输出功率的逐渐增加，对诸如钛合金、钨合金、特种钢材等高强度高硬度材料的加工速度和加工质量会越来越高。 

         参考中国报告网发布《 2018-2023年中国激光器行业市场产销态势分析与发展商机分析研究报告 》

         脉冲激光器以脉冲形式输出激光，主要特点是峰值功率高、热效应小、可控性好、光束精细发散小；特别适合于高精度打标、精密焊接、精密切割等微观领域加工；随着输出功率的增大，其加工材料已经逐渐从半导体、玻璃、陶瓷等材料延伸至合金材料、单晶金属材料等高端、高硬度材料。根据脉冲时间的差异，脉冲激光器可进一步分为纳秒激光器、皮秒激光器和飞秒激光器，一般而言，脉冲时间越短，单一脉冲能量越高加工速度越高加工量越大，脉冲宽度越窄加工精度越高。 

        2、光纤激光器 

         光纤激光器是指利用掺稀土元素的玻璃光纤作为增益介质的激光器。光纤激光器一般用光纤光栅作为谐振腔，泵浦源作为泵浦源，泵浦光从合束器耦合进入增益光纤，在包层内多次反射穿过掺杂纤芯，选择合适的光纤长度和掺杂离子浓度可以实现对泵浦光的充分吸收，形成粒子数反转并输出激光。光纤激光器可采用整体化设计，泵浦源、增益介质、谐振腔、耦合输出等以光纤进行集成和连接，所有产生和传导激光束的元件构成了连续稳定的光波导结构，因此可靠性高、稳定性好、结构紧凑、制造成本较低。 

图：光纤激光器结构图 

 
         根据激光输出时域特性的不同，可将光纤激光器分为脉冲光纤激光器和连续光纤激光器。其中脉冲激光器的光调制模式通常采用调 Q 技术、光开关技术、和锁模技术等。连续光纤激光器主要采用连续或长脉冲泵浦激励源，使增益介质维持稳定工作状态，释放出连续激光。 

        根据激光器中稳定运行的光波模式来区分，可以将光纤激光器分为单模光纤激光器以及多模光纤激光器。单模光纤激光器中一般采用单模光纤作为增益介质，激光器中只稳定运行基模模式激光，单模光纤激光器因基模激光良好的光束特性，激光能量集中、发散角小，因而在需要高能量密度的激光加工中很有优势，比如金属薄板快速切割。而多模光纤激光器中不但有基模激光稳定运行，还存在有其他高阶模式的激光，由于运行不止一种光波模式，加之高阶模式激光本身固有的发散特性，因此在相同的输出功率下相对单模激光的能量密度较低、光束发散、光斑较大，比较适合于金属厚板切割、表面热处理、激光焊接、激光熔敷等需要较大加热面积而无需高功率密度的加工。但单模激光器受限于光学特性，功率一般在 2000W 以下，多模激光器一般采取单模激光器合束方式，制成更高功率激光器。 

         光纤激光器在生产组装过程中需要用到两类光学器件，即光无源器件和光有源器件。光无源器件主要包括隔离器、合束器、耦合器、准直器、光纤光栅等只能传输激光而对传输激光的能量特性不改变的光器件，光有源器件主要包括泵浦激光器、光放大器、光波长转换器等能改变传输激光能量特性的光器件。 

        3、直接半导体激光器

         直接半导体激光器是以特定的半导体材料做为工作物质而产生受激发射作用的器件。在激励源的作用下，在半导体材料内发生非平衡载流子的粒子数反转，当处于粒子数反转状态的电子与空穴复合时，产生受激发射作用，再经过半导体材料自然解里面的振荡选模 终输出激光。其激励方式可以是电注入式、光泵式和高能电子束激励式等。 

         半导体激光器具有更高的电光转换效率、更高的平均输出功率且运行成本更低，利用激光合成方式将多个低功率半导体激光器能量进行合成即可得到很高功率的激光输出，特别适合于激光表面热处理、激光快速成形、激光热熔敷等加工需求。