光纤激光器带动激光和光电子产业规模扩大

2005/12/27/9:58来源:中国电子报作者:郭少陵 伍峰
  从1960年第一台红宝石激光器问世到现在40多年过去了,激光技术确如人们所期,渗入了各行各业。不论是通信、测量、医学、印刷,还是制造业、军事、娱乐业、科学研究无处不显现它的身影。并且,可以毫不夸张地说,在某些领域,它已经成为不可替代的核心技术,例如通讯领域中的光缆通讯,军事中的制导、测距,计量中的长度基准,娱乐业中的信息存储。

  尽管有科学家进行了统计,可以列出“激光应用十万例”,但是2003年全球激光产业统计仅为45亿美元,尚不及国外一个中大型跨国企业的经济规模。而中国激光产业为30亿元人民币,尚不及国内一个大型食品厂。以至于有人不得不哀叹,激光和微波、超声波的市场前景没有什么两样!

  但是,聚集在激光领域的科学家、工程师相比后两者多得多,大家总是不甘心、不相信激光技术就形成不了产业,因为人们确实看到许多行业对激光技术的迫切需求。就拿加工业来说,激光自1960年渗入钟表业的宝石钻孔以来,不断扩大应用范围,已经在厚板薄板焊接切割气缸热处理、微电子加工、快速打标、熔覆与成型工艺、工美雕刻等许多工序上发挥着巨大作用。仅德国大众汽车生产线上,就应用了几百台大功率激光加工设备。但迄今为止全球激光加工产业仅30亿美元,而全国激光加工产业仅15亿元人民币。究其原因,不是人类不需要激光,而是传统的激光基本元器件———激光器不好用:成本高、效率低、故障多。

  激光器已从分立元件组合发展到光纤

  从20世纪60年代起产生的传统的激光器是分立元件组合而成的,它通常由激光工作物质、泵浦源、谐振腔组成,还有庞大的电源和冷却水,而输出效率只有百分之几到百分之十几,光束质量也不好、故障率极高、维修费用巨大,严重地阻碍了激光技术的普及。20世纪80年代出现了半导体激光器,其体积大大缩小,可靠性大大提高,电—光转换效率达到了40%以上。但是它的单体功率较小,并且有一个严重的缺点:光束质量不好。

  进入20世纪90年代,又一类新型激光器诞生,人称“全固态激光器”。它是用半导体激光器来做传统激光器的泵浦源,提高了传统激光器的总体效率,输出功率与光束质量也都不错,但也有一个致命的缺点,就是泵浦源的寿命短,只有5000小时~10000小时。而泵浦源的价格占了整个激光器的一半,它一坏,激光器就废了。再有,它也是分立元件,因此它的可靠性也不够好。

  进入21世纪,德国人率先发明了实用化的光纤激光器。光纤激光器将多个半导体激光器的光导入了光纤,在光纤中再次振荡增益,形成了新的激光。这种激光光束质量好,电—光转换效率高,而且由于可以集成放大,光纤激光器的功率可以做得很大;所有的半导体器件及光纤组件都可以焊接成一体,避免了元件的分立,可靠性得到极大提高。光纤激光器还有一个更大的优点就是它的使用寿命极长,可以达到5万小时~50万小时。

  2004年美国IPG公司已经做出了10万瓦的光纤激光器和1.7万瓦的工业用光纤激光器。而最小的25瓦光纤激光器大小只相当于一个移动硬盘

  光纤激光器带动激光和光电子产业规模扩大

  电子元器件的历史经历了电子管—晶体管—集成电路—大规模集成电路之路,激光器件是否也有相似之路?

  现在,由于半导体激光器价格昂贵,光纤激光器还不能广泛应用。但我们有理由相信,半导体激光器及光纤激光器的价格也会像集成电路一样,以每3年~5年一个量级的速度下降。今后也许有一天,我们可以将无数半导体激光器集成到很小的芯片上,用光导纤维将各路光集成到一根光纤输出,那就是大规模集成光纤激光器。这种大规模集成光纤激光器可以装到卫星上做激光武器,可以焊入计算机芯片中作光信息源;还可以进入千家万户,从事各种各样的活动。国外专家认为光纤激光器将在5年~10年内取代相当大一部分传统激光器和全固态激光器。

  对于光纤激光器将对国民经济产生的影响,科学界有不同的估计。有人计算:光纤激光器有可能在5年~10年以后取代部分或大部分传统的YAG、CO2激光器(还将取代部分全固态激光器及其激光器),而激光器价值大约占激光产业的5%~10%。所以,5年~10年后光纤激光器的产业规模大约是数亿美元~十几亿美元。但这种算法忽视了光纤激光器的出现对整个光电子世界的革命性的改变。过去几十年激光和光电子产业之所以发展缓慢,是因为传统激光器低效、庞大、不可靠及昂贵,光纤激光器将改变这一切。试想在电子管时代,计算机能普及到家庭吗?光纤激光器的时代,激光和光电子产业规模将十倍、百倍于现在的规模。有人提出:“21世纪是光电子的世纪,未来若干年,光电子产业要超过微电子产业的发展。”有一点可以确定:光电子产业的发展必须依靠大规模集成光路和大规模集成光纤激光器,这样的高新技术产业化才有可能。
















 

版权所有©中国激光网-慧聪网激光频道 粤ICP证B2-20040573
广告及业务联系:QQ 4793947 E-mail
咨询热线:0769-22771942、22771943 传真:0769-22771946