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激光技術(shù)自問(wèn)世以來(lái)，60多年間，取得了飛躍的發(fā)展，其應(yīng)用幾乎涵蓋所有工業(yè)領(lǐng)域，除輕工業(yè)、汽車(chē)、航空航天、動(dòng)力及能源行業(yè)外，正逐步向精細(xì)、微細(xì)加工領(lǐng)域拓展，有力推動(dòng)了電子制造、集成電路、通訊、機(jī)械微加工、醫(yī)療、牙科、美容儀器設(shè)備及新興應(yīng)用的發(fā)展。

激光的加工總的而言可分為宏加工與微加工，目前全球范圍內(nèi)宏加工的技術(shù)與市場(chǎng)開(kāi)發(fā)已經(jīng)充分，而微加工還在繼續(xù)發(fā)展，在，特別是超高精度的微加工只是起步階段。討論激光微加工的發(fā)展，關(guān)鍵在于超短脈沖激光器。

早在1995年，人們就發(fā)現(xiàn)了超快激光在微加工應(yīng)用的潛力，例如德國(guó)的漢諾威激光中心。然而在當(dāng)時(shí)，可用的激光器體積很大，科學(xué)儀器很笨重，不適合工業(yè)應(yīng)用。在1990年代后期，??歐洲的研發(fā)工作，尤其是蘇黎世和波爾多，帶來(lái)了新一代直接二極管泵浦、摻鐿超快激光器的出現(xiàn)。基于新的激光材料，摻鐿激光器更可靠、更緊湊，比第一代科學(xué)激光器的效率更高。

最初由幾個(gè)先驅(qū)創(chuàng)業(yè)公司開(kāi)發(fā)，后來(lái)越來(lái)越多的廠(chǎng)商也加入開(kāi)發(fā)，超快激光器現(xiàn)在已經(jīng)演變成一種強(qiáng)大的工業(yè)加工工具。在過(guò)去的10年中，商用超快激光器的平均功率增加了一百倍，今天達(dá)到數(shù)十瓦甚至上100瓦。最近實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展重點(diǎn)已經(jīng)瞄準(zhǔn)了千瓦級(jí)超快激光器。

超快激光器也許是從2003年左右才開(kāi)始了真正的工業(yè)應(yīng)用，包括在醫(yī)療上也有了很多應(yīng)用。超快激光器很快成為科研熱點(diǎn)與企業(yè)創(chuàng)新方向。最有趣的是，最開(kāi)始掌握這一領(lǐng)域的不是所謂行業(yè)巨頭，大部分是小企業(yè)，包括Positive Light, Raydiance, EKSPLA, Light Conversion, Femtolasers, HighQ Laser, Lumera, Amplitude, Time-bandwith, Attodyne, FiLaser, EdgeWave, Fianium, Onefive等。這些企業(yè)掌握著核心超快激光技術(shù)，然而初創(chuàng)的階段規(guī)模不大，而且超快激光成本較高，市場(chǎng)需求量有限，這些企業(yè)發(fā)展步伐平緩。然而超快激光加工是未來(lái)一大趨勢(shì)，行業(yè)巨頭紛紛關(guān)注到這一點(diǎn)，通過(guò)并購(gòu)或自行研發(fā)也介入了超快激光器業(yè)務(wù)。前面所提及的公司大部分都被收購(gòu)了，其產(chǎn)品繼而成為行業(yè)巨頭的明星產(chǎn)品。

 

(圖片由呂啟濤博士提供)

在過(guò)去五年時(shí)間內(nèi)，超快激光器基本上完成了行業(yè)格局的整合，除了自創(chuàng)業(yè)至今仍然保持獨(dú)立運(yùn)作的EKSPLA, Light Conversion, Amplitude幾家企業(yè)，如今行業(yè)巨頭通快公司Trumicro系列、羅芬公司的Starpico/StarFemto, JDSU的Picoblade， 理波公司的Spirit/High Q以及相干公司的Talisker產(chǎn)品是目前較受歡迎的主流。

近年來(lái)，超快激光器正逐漸進(jìn)入人們的視野。它變得更加可靠，并成為諸多領(lǐng)域的重要工具，如醫(yī)學(xué)、科研、遠(yuǎn)程通訊、半導(dǎo)體檢驗(yàn)以及材料加工，特別是移動(dòng)電子設(shè)備。隨著超快激光器價(jià)格的下降，從業(yè)者之間的競(jìng)爭(zhēng)增加，這些激光器的應(yīng)用領(lǐng)域也在增加。

過(guò)去幾年，在全球激光光源市場(chǎng)結(jié)構(gòu)里，除了YAG激光器與CO2激光器增長(zhǎng)放緩，光纖激光器是一枝獨(dú)秀，2016年全球市場(chǎng)突破100億人民幣，占據(jù)全球激光源總額超過(guò)35%，而在中國(guó)光纖激光器所占光源比例接近50%。紫外激光器與半導(dǎo)體激光器發(fā)展也非常活躍，2016年國(guó)內(nèi)紫外激光器市場(chǎng)出貨數(shù)量超過(guò)6000臺(tái)，2017年預(yù)計(jì)增長(zhǎng)60%以上。

與整個(gè)激光器市場(chǎng)相比，超快激光市場(chǎng)份額相對(duì)較小，但其增長(zhǎng)速度是整個(gè)激光市場(chǎng)增長(zhǎng)速度的兩倍。以通快、相干、光譜物理、英諾激光等公司為代表的超快激光器應(yīng)用呈現(xiàn)了快速穩(wěn)健的增長(zhǎng)。超快激光器將在增材制造、微材料加工、精準(zhǔn)加工、精準(zhǔn)醫(yī)療、薄玻璃切割、微納加工等更多新型應(yīng)用領(lǐng)域不斷開(kāi)疆拓土，成為值得期待的應(yīng)用領(lǐng)域之一。

10年前，超快激光器豈止昂貴能夠形容，一臺(tái)皮秒激光器可達(dá)數(shù)百萬(wàn)元，近幾年超快激光器價(jià)格已逐步下降，但目前仍然身價(jià)很貴，一臺(tái)皮秒激光器成本還在一百萬(wàn)元以上，主要是針對(duì)科研、醫(yī)療以及高端工業(yè)應(yīng)用，然而要大規(guī)模應(yīng)用，超快激光市場(chǎng)還是要經(jīng)歷性?xún)r(jià)比的戰(zhàn)場(chǎng)，特別是在中國(guó)市場(chǎng)要大眾化應(yīng)用，則要讓用戶(hù)買(mǎi)得起、用得起。

目前激光微加工領(lǐng)域主要還是納秒級(jí)固體、紫外與光纖激光器應(yīng)用為主，隨著逐漸擴(kuò)大的應(yīng)用范圍和逐漸下降的價(jià)格，超快激光從業(yè)者們將迎來(lái)春天。許多高要求的加工，從納秒激光過(guò)渡到皮秒激光加工，是一個(gè)趨勢(shì)。皮秒激光或許未來(lái)也會(huì)走脈沖光纖激光器的類(lèi)似道路，技術(shù)成熟的國(guó)產(chǎn)化皮秒激光源批量推出后，競(jìng)爭(zhēng)加劇，外國(guó)供應(yīng)商也跟隨降價(jià)，如果真出現(xiàn)這種情況，那么超快激光的規(guī)模化應(yīng)用將會(huì)到來(lái)。

粗略估計(jì)，2016年全球超快激光器產(chǎn)值超過(guò)8億美元，未來(lái)三年還會(huì)出現(xiàn)加快增長(zhǎng)，至2020年市場(chǎng)產(chǎn)值可達(dá)14億美元。在中國(guó)，由消費(fèi)電子產(chǎn)品加工帶來(lái)的超快激光微加工應(yīng)用需求量會(huì)大幅度增加。目前的光纖激光器制造商未來(lái)也許會(huì)介入超短脈沖光纖激光器，這一變化將會(huì)給這一領(lǐng)域帶來(lái)新的推動(dòng)力。  (作者：Johnny)