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全球激光加工市场统计数据告诉我们，激光加工销售金额最多，对激光器的输出功率、光束质量要求最高的市场——激光切割平板金属，仍然被轴向流动CO2激光垄断。这个市场灯泵激光器的销售金额远比DPL激光、光纤激光高，轴流CO2气体激光器和灯泵固体激光器仍然是高功率、高端激光加工应用的主流激光器。光纤激光器连灯泵激光器都不能取代，更取代不了CO2激光器了。 一、在激光加工应用中，单模高功率固体激光理论上将取代轴流CO2激光 单模固体激光器的波长1.06微米比CO2激光器10.6微米小了10倍，如果一台1000瓦固体激光器和1000CO2激光器同是单模，会聚光斑直径相同时，固体激光的束散角比CO2激光小10倍，固体激光的瑞利长度r 要比CO2激光的长10倍。切割同样材料的钢板，固体激光器的锥度要好，而且切割深度更深。如果固体激光选择会聚光斑直径比CO2激光小一倍，瑞利长度比CO2激光长五倍，功率密度增加4倍，这样无论在切割锥度、速度和深度上都应该远优于CO2激光器。 再来考虑美国波音公司的机载激光武器，它使用的是氧碘激光器，功率2兆瓦，发射天线直径1500毫米，目标摧毁400公里外的起飞段的弹道导弹。我们可以推导出下面的公式： p=1.27*P0*（ D0）2/(d0*α）2 /L2 公式中，d0激光束的束腰直径，α是激光束的发射全角，P0激光输出功率；D0发射物镜有效通光孔径，L是物镜到会聚点的成像距离，d是会聚光斑直径。p是会聚光斑的功率密度，单位瓦/（平方厘米）2。 下面我们分别计算单模氧碘激光器（波长1.315微米）、固体激光器（波长1.06微米）、CO2激光器（波长10.6微米）在100公里处的会聚光斑直径和2兆瓦单模激光功率密度： 氧碘激光：直径110毫米，功率密度2.1万瓦/平方厘米； 固体激光：90毫米，功率密度3.1万瓦/平方厘米； CO2激光：900毫米，功率密度310瓦/平方厘米。 一台激光器用于激光加工或激光武器，并不取决于激光输出功率，而是取决于它的亮度，即： P0/（d0*α）2（单位：瓦/（毫米*毫弧度）2） 从理论上说，一台30瓦单模固体YAG激光器，相当于单模3000瓦的CO2激光器，16.46瓦/（毫米*毫弧度）平方 ；一台200瓦的单模YAG激光器，相当于20千瓦CO2单模激光器，110瓦/（毫米*毫弧度）平方；一台1000瓦的单模光纤激光器，相当于100千瓦的单模CO2激光器，550瓦/（毫米*毫弧度）平方。从这个角度出发，IPG和通快的激光器在激光加工领域的应用应该是完全可以取代CO2激光器了，而且使激光加工水平跃上一个新的水平，带来一场激光金属切割领域的革命（目前单模CO2激光器在3000瓦水平），事实是否定的！ 二、从全球激光加工销售数据分析，高功率单模固体激光器仍然没有实现 根据ILS的报道，2010年工业激光市场激光器总销售近15亿美元激光器，其中CO2激光占53%、固体激光占27%，光纤激光占16%。 工业激光主要使用在材料加工、半导体和微电子制造、激光打标和其它应用等四个领域。其中材料加工10.6亿美元，占71%；激光打标1.8亿，占12%；激光用于半导体和微电子制造1.5亿美元，占10%；其它应用7%。 材料加工的10亿美元，CO2激光占68%，固体激光占21%，光纤激光占11%。65%的销售金额6.5亿美元以上是激光切割创造的。激光切割对激光器的要求最高，不仅需要高功率、也需要高光束质量。 CO2激光7.89亿的销售其中7.29亿是用在材料加工的，固体激光在激光材料加工中的份额是2.24亿美元，光纤激光其仅有1.15亿美元。 2009年金融危机以来LFW就不提供详细的各类激光器在工业激光市场的详细销售数据，我们可以以2008年一月LFW发布的数据进行分析。 来自ILS2008年第一期的数据，轴流高功率CO2激光器2007年销售了5500台，平均每台销售价格是16万美元；灯泵固体激光器的销售逐年下跌，但是销售金额总量仍然远高于光纤激光器和半导体泵固体激光器，平均价格是6.4万/台；在轴流CO2激光，灯泵激光，半导体泵激光，光纤激光中，光纤激光器销售数量最高，2007年在工业激光市场，销售了6325台，总金额是1.34亿美元，平均价格3万/台。 根据以上的数据，光纤激光器的市场占有率增加的非常快，但是在高功率单模应用中就不是这样了，2003年IPG报道了第一台1000瓦单模光纤激光器，随后千瓦级单模光纤激光器的商品就出现了，直至今日市场上并没有出现那种预期。尽管IPG报道的单模光纤激光器输出功率一再上升，他们报道的用光纤激光器切割的技术数据，只能说和CO2激光器相当。据2011年第一期的LFW报道，只有65台高功率光纤激光器用于切割应用的记录，用于激光金属切割，每年销售几千台的CO2激光切割机，这就给IPG的千瓦级光纤激光器是不是单模打了问号。 |
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