光纤激光器作为目前最为活跃的激光光源器件，是在EDFA技术基础上发展起来的技术，它是激光技术的前沿课题。

    早在1961年，美国光学公司的E.Snitzer等就在光纤激光器领域进行了开创性的工作，但由于相关条件的限制，其实验进展相对缓慢。而80年代英国Southhampton大学的S.B.Poole等用MCVD法制成了低损耗的掺铒光纤，从而为光纤激光器带来了新的前景。

    随着光纤通信系统的广泛应用和发展，超快速光电子学、非线性光学、光传感等各种领域应用的研究已得到日益重视。其中，以光纤作基质的光纤激光器，在降低阈值、振荡波长范围、波长可调谐性能等方面，已明显取得进步，是目前光通信领域的新兴技术，它可以用于现有的通信系统，使之支持更高的传输速度，是未来高码率密集波分复用系统和未来相干光通信的基础。

    一、全国首个大功率光纤激光协同创新研究中心

    目前光纤激光是激光技术研究的前沿课题，光纤激光器具有体积小、效率高、光束质量好、节能环保等优势，在光通讯、激光加工、激光医学、生物技术等领域具有广阔的应用前景。近年来，我国光纤激光技术有了长足发展，但整体水平和可持续发展能力与世界先进水平仍有明显差距。为提升我国光纤激光技术的整体水平，满足国家重大战略需求，国防科技大学光电科学与工程学院联合清华大学精密仪器与机械学系、中国科学院上海光学精密机械研究所于近日共同组建成立了全国首个大功率光纤激光协同创新研究中心。

    国防科技大学光电科学与工程学院、清华大学精密仪器与机械学系、中国科学院上海光学精密机械研究所等3家在光纤激光领域的优势单位，将通过建立技术联盟、共享仪器设备、联合培养人才、互聘研究骨干等形式，围绕突破光纤激光核心关键技术开展军民融合协同创新，共同推动我国光纤激光技术的快速发展。

    根据有关协议，共建各方将以协同创新中心为载体，充分发挥各自优势，通过强强联合、协同创新，共同推进光纤激光技术发展，共同研制开发具有世界先进水平的光纤激光器，改变我国高功率光纤激光器依赖进口、核心技术和知识产权受制于国外的状况，促进我国光纤激光技术水平的整体提升和可持续发展。为此，OFweek激光网将为您简要介绍该中心的3家单位在激光技术上的研发优势。

    1、国防科技大学

    国防科技大学光电科学与工程学院成立于2004年6月，下设光电工程系、光信息科学与技术系、定向能技术研究所。学院以光电技术在国防现代化中的重要作用为牵引，主要从事国防现代化建设中的关键技术攻关研究和光电学科领域的科学研究、工程技术应用以及高素质人才的培养工作。

    光电工程系现有中国工程院院士1人、教授4名、博士生导师4人，拥有1个光学工程博士后流动站，主要研究方向为光电检测技术、光学元件加工工艺学、薄膜光学与技术、新型激光器技术和激光陀螺在惯性导航系统中的应用，在光学加工技术、薄膜光学与技术等领域的研究水平居国内领先。1994年研制成功的“全内腔绿(黄、橙)光He-Ne激光器”获国家科技进步二等奖。

    目前学院形成了以光学工程一级国家重点学科为主干，涉及物理电子学、声学等多个学科的学科群。现拥有1个光学工程博士后科研流动站、6个二级学科博士点、7个二级学科硕士点，3个本科专业。

    光学工程一级学科是“十一五”国家重点建设学科，在2006年全国光学工程学科评估中综合排名第四，主要研究方向有：激光陀螺技术、高能激光技术、光纤传感技术、纳米光子学、光电仪器与测控技术、自适应光学等，其中激光陀螺技术、高能激光技术研究方向处于国内领先水平，部分达到国际先进水平。物理电子学二级学科是“十一五”湖南省重点建设学科，主要开展高功率微波与自由电子激光、强流相对论真空电子学、微波等离子体理论与应用、高电压与脉冲功率技术等方面研究。声学学科主要开展强声技术和水声工程方面的研究。学院科研实验条件优良，拥有2个“985工程”二期科技创新平台、1个光子/声子晶体技术教育部重点实验室和光电技术等12个高水平专业实验室。

    2、清华大学

    光子与电子技术研究中心

    该科研中心依托于光盘国家工程中心、摩擦学国家重点实验室和光学工程、仪器科学等国家重点学科和校内相关单位，着眼于国际激光与光电子技术的最新科学与技术的发展前沿，致力于激光与光电子领域的科学研究与技术应用研发。研究中心人员至诚团结创新求是。

    该研究中心承担多项国家重大、重点课题，并承担国际著名公司的委托研究工作：包括基础研究、新技术研究、先期技术研究、关键技术研究、工程化技术研究和产业技术研究等。科研内容丰富科研经费充裕。实验室硬件条件完善，有多间超净实验室，各种配套的激光研究仪器和设备齐全、手段先进。

    光子与电子技术研究中心下的精密仪器与机械学系激光与光子技术研究室是目前国内先进的激光技术研究中心，其主要研究方向为：

    2.1、先进激光技术

    2.1.1、高功率固体激光器

    针对汽车制造业、航空航天制造业以及船舶制造业等现代工业及政府市场，开展千瓦~万瓦/10-100 焦耳级的高光束质量二极管泵浦激光器，包括大面积阵列高功率激光二极管的光束变换与整形，热光效应分析、高效冷却与热控管理、新型谐振腔设计、热效应相位共轭补偿。

    2.1.2、光纤激光器：

    光纤激光器是新一代的激光技术，本方向针对材料加工与制造，电子制造等，开展连续光纤激光器和脉冲光纤激光器及其技术研究。

    2.1.3、微型激光器：

    针对精密仪器与设备，小型机动平台，开展各种紧凑结构的微小性固体激光器的研究，包括：微晶片激光器，脉冲与连续输出的微型固体激光器，以及微型的兰绿光激光器，等等

    2.1.4、激光变频技术：

    针对电子制造、生物医学等应用，开展新波长激光器的研究，包括：非线性激光二次倍频、三倍频与四倍频，激光和频与差频技术，激光光参量振荡技术，中远红外固体激光技术，多波长激光器。

    2.2、光信息存储

    利用光波电磁场与物质相互作用的原理，以光学方法实现高密度大容量的信息存储。

    2.2.1、高密度数字光盘光学头：

    DVD/CD 光学头，高倍速光学头，超薄与微型化光学头，读写与擦除的多功能光学头，多兼容光学头，超高密度数字光盘光学头，并行数据多路读写光学头，其它新型光学头

    2.2.2、大容量超高密度光学信息存储：

    双光子荧光/折变三维信息存储，微干涉三维信息存储，超衍射分辨信息存储等新原理、新方法光学信息存储

    2.3、光波通讯

    利用激光的高亮度与高指向性，以直线传播的光波为信息载体，实现无线（或无光纤）的高速率宽带大容量数字通信。

    2.3.1、空间激光通信：

    针对平台与平台，平台与地面之间的双向信息传递，开展高速宽带激光通信、多物理量探测及相关器件等方向的研究工作。

    2.3.2、无线局域网激光通信：

    多用户局域网的激光通信，具有传输速率高、保密性强、组网简单、成本低的特点，应用主要包括：各类多用户局域数据传输与服务系统、广播与电视信号的传送；智能化楼宇和 SOHO （ small office and home office ）的数字、电视、电话等信息的无线传输；数字家电的信息传输；等等

    2.4、光子信息处理

    针对现代数字科技的进步与发展，利用光电子技术进行高速、宽带数字信号处理，开展新型的光波处理与控制技术研究内容包括：光波信息检测与处理，能动光学器件设计与研制，工艺与调试，光相控阵技术光电子信息的计算机集成与控制。应用领域包括：光电探测、生物医学、新能源。

    3、上海光机所

    上光所是我国建立最早、规模最大的激光专业研究所，成立于1964年，现已发展成为以探索现代光学重大基础及应用基础前沿研究、发展大型激光工程技术并开拓激光与光电子高技术应用为重点的综合性研究所。

    上海光机所重点学科领域为：强激光技术、强场物理与强光光学、信息光学、量子光学、激光与光电子器件、光学材料等。

    1998年，中国科学院实施知识创新工程试点，上海光机所的发展历史从此翻开了新的篇章。创新工程实施10余年来，上海光机所在科研工作、人才队伍建设、体制机制改革等方面都取得了重大进展，彻底改变了上海光机所的面貌。

    上海光机所现设8个研究室，分别是：强场激光物理国家重点实验室、中科院量子光学重点实验室、中科院强激光材料重点实验室、高功率激光物理联合实验室、空间激光信息技术研究中心（含：中科院空间激光通信及检验技术重点实验室、上海市全固态激光器与应用技术重点实验室）、信息光学与光电技术实验室、高密度光存储技术实验室、高功率激光单元技术研究与发展中心。

    建所48年来，上海光机所获得院、部级以上成果奖300多项，其中获得国家级奖44项。“激光12号实验装置”、“小型化OPCPA超短超强激光装置研究”获国家科技进步一等奖，获得国家二等奖的项目有18项。

    上海光机所建成了国内仅有、国际上也为数不多的“神光”系列高功率大型激光装置，用于激光分离同位素的激光与光学系统，超短超强激光系统，激光原子冷却装置，空间全固态激光器研制平台。在各种新型、高性能激光器件、激光与光电子功能材料的研制方面，也进入了国际先进水平，是我国现代光学和激光与光电子领域取得研究成果最多的单位之一。

    上海光机所十分重视国际合作和学术交流活动，多层次、多渠道和多种形式的国际学术交流和合作研究十分活跃。多年来接待的访问学者、科学家、企业家遍及50多个国家和地区，其中包括多名诺贝尔奖获得者和国家元首。派往国外参加国际会议、考察和合作研究的学者每年有近百人次，已与美国、德国、英国、法国、韩国、日本等十多个国家建立了多种形式的科技合作关系。

    二、光纤激光器市场迅速扩大

    工业激光器市场由集成于材料加工系统并用于工业制造环境的激光器市场组成，目前该市场已经从2008/2009年的全球经济衰退中快速复苏。表1显示出这一市场的复苏。光纤激光器的标记应用以及二极管泵浦固体激光器的微电子领域应用——主要是用于制造部分平板显示器、智能手机和平板电脑，引领了这一复苏过程。表2是2010-2012年期间工业激光器销售收入的总结，明确显示：自衰退以来，光纤激光器为工业激光器市场领域的增长提供了动力。表3显示了系统的销售收入。

    目前最活跃的工业激光器技术是光纤激光器，它能够装配在输出不同高/低功率的设备上。低功率脉冲和连续波光纤激光器已经革新了全球的标记和雕刻工业，替代了灯泵浦和二极管泵浦固体激光器，用户看重其更高的效率以及较低的维护运营成本。目前每年向全球系统集成商运输成千上万台此类激光器，装配这些激光器的系统售价合理，产品可靠性也高。人们公认，中国可能是这些光纤激光标记系统的最大市场。2012年，用于标记系统的光纤激光器，其全球市场容量是2.61亿美元。

    高功率光纤激光器快速成为金属板切割领域的一种突破性技术，从2007年较低的年度销售额增长到目前的市场容量——超过2.67亿美元的1000多台千瓦级光纤激光器已经集成于钣金切割机之内，占领了高功率CO2激光器以前曾拥有的20%~25%的市场。目前，12个国家内超过28家系统集成商向市场提供用于金属板切割的光纤激光器系统，估计光纤激光器系统的市场总值接近10亿美元。光纤激光器的用户数量快速增长，已经产生了新的竞争，2012年三家供应商在欧洲和美国举办的国际博览会上推出了可集成于金属板切割系统的光纤激光器。

    这三家供应商分别是天田（Amada）、罗芬（Rofin Sinar）和海宝（Hypertherm）。通快（Trumpf）以28亿美元的销售收入成为最大的工业激光器及系统制造商，目前它已经调整其独有的碟片激光器技术，用于高功率切割、焊接和表面处理应用。这种产品结实耐用，工艺精湛，很快得到了汽车工业的认可，可用于切割汽车车身结构中的高强度轻型钢材，以及作为通快激光金属切割系统配套的激光源，它是光纤激光器的直接竞争者。通快公司的报告表明，其已经在过去两年内销售了数百台碟片激光器。

    如表4所示，使用高功率CO2激光器和光纤激光器的金属加工是业界占比最大的激光器应用领域，占激光器总销售收入的70%。其中，金属板切割应用于2012年实现了近50亿美元的激光器系统销售收入。目前，高功率光纤激光器占有这一市场领域的20%以上份额，正以极快的速度增长，以替代CO2 激光器作为主要能量来源。

    激光标记占有激光器总销售收入市场份额的17%，是光纤激光器替代灯泵浦和二极管泵浦固体激光器赢得市场份额的另一个领域。今年，光纤激光器占标记应用领域内激光器总额的73%。由于大规模制造的成本降低，光纤激光器的“成本/瓦特”比率正在下降，这种激光器正赢得微加工的市场份额——以前此应用领域可是固体激光器的天下。目前，微加工仅占有大约7%的总应用市场，但是，专家相信，当超快脉冲激光器开拓出新机遇时，微加工领域将呈现出极高的年增长率。

    2012年，激光器的全球总销售收入与2011年的报告相比，显示出温和的7%增长，达到20多亿美元。2012年工业激光系统市场价值接近75亿美元，预计2013年这些市场将增长2%~4%，全球市场由于欧洲的严重经济问题、美国的政府政策变化以及亚洲国家的经济减速而导致经济增长放缓。表5显示，与2011年相比，工业激光器在全球的装配分布没有出现大幅变化，亚洲继续领先，是最大的市场，几乎占有全球装配总数的50%。欧洲正面临着市场压力，约占31%的份额，北美2012年的制造经济强劲，赢得了17%的份额。

    我们可以看出，虽然激光行业正遭受着低潮，但是激光工业应用仍显示了增长的趋势，其中光纤激光器的增长态势尤为抢眼。亚洲的制造业升级以及美国重振制造业这些都为光纤激光器的应用扩大提供了很好的机遇，市场对于高效地新一代工业级光纤激光器需求扩大。

    三、总结：

    2012年全球激光行业并没有出现快速的增长，但是中国市场依旧保持着快速增长的势头。随着中国不断地发展，各种大项目的实施，市场对于先进的激光器需求放大。光纤激光器作为一种优异的光源，取得了很好的发展，各大国外光纤激光器纷纷抢占中国市场。其中IPG与大族激光的战略合作就是一个很好的例子，经过2012年的市场检验证明，国内市场对于先进激光器的需求越来越大，特别是光纤激光器。为此，由国防科技大学光电科学与工程学院联合清华大学精密仪器与机械学系、中国科学院上海光学精密机械研究所组建的全国首个大功率光纤激光协同创新研究中心将为提高我国光纤激光器技术、完善我国光纤激光器产业化等起到促进作用。