我國首臺萬瓦光纖激光器于2013年4月24日研制成功,這一激光設備可以從繡花針粗細的光纖中釋放出的足以焊接飛機、船舶的激光能量——這項激光功率合束技術,被美國視為萬瓦激光器的核心機密。這標志著中國在高功率光纖激光器研制領域進入世界先進水平,成為繼美國后第二個掌握此項尖端技術的國家。與此同時,銳科公司生產的激光高端產品目前已出口韓國、日本、印度、伊朗、德國、西班牙等20多個國家。
這一激光器由兩位國家“千人計劃”專家閆大鵬、李成率隊,歷時一年研發攻關,終于掌握該技術的自主知識產權。
擔任銳科公司總工程師的閆大鵬說,雖然光纖激光器原理看似很簡單,但高功率合束技術要做到既降低能量損耗,又保證光束質量,這在世界范圍內長期以來都是一項技術難題。
據介紹,該臺萬瓦激光器體積雖然只有約兩臺冰柜疊加大小,里面卻藏著10塊“能量方”,每塊1100瓦,各產生一條激光束,10條激光束再匯聚到一根光纖,形成合力,最終產生1萬瓦的強大能量。
銳科萬瓦激光器只有約兩臺冰柜疊加大小,一根繡花針粗細的光纖釋放出的激光能夠焊接飛機。
光纖激光器作為目前最為活躍的激光光源器件。近年來,光纖激光器開始全面向光通訊、大功率激光加工、激光醫學、生物技術擴張,特別是其在激光加工和光通訊方面的發展潛力,讓業界嘆為觀止。
據了解,在國際上,光纖激光器越來越廣泛應用于工業造船、汽車制造、航空航天、軍事設備等領域。與傳統二氧化碳激光器相比,它的耗電卻僅為其1/5,體積只有其1/10,但速度快4倍,轉換效率高20%,還沒有污染。
一舉打破國外巨頭壟斷
據悉,工業光纖激光器在中國的最早突破口是激光打標市場。2007年從美國海歸的閆大鵬博士創辦武漢銳科,并于2008年將國產低功率光纖激光器投放市場,目前,已有以銳科、創鑫和天元激光為代表的約15家廠商,在50W以下的打標及其他市場占有一席之地。
據不完全統計,這些廠商占有約40%的國內光纖打標市場。值得注意的是,這里面一部分市場是通過大幅度降低價格,用幾乎接近成本的價格取得的。盡管低功率市場,國產光纖激光器幾乎占據的半壁江山,但卻給整個行業帶來了“有好產品卻無法盈利”的尷尬局面。
從利潤和銷售額來看,光纖激光器最大的市場在千瓦級以上的應用。目前來講,二維鈑金切割是千瓦級光纖激光器的主要應用,國內的大功率切割機市場每年有近兩千臺的需求。高功率激光的焊接和其他應用,市場潛力更大。
閆大鵬介紹,我國高功率光纖激光器長期依賴美國進口,一年達數千臺,一臺500萬元。萬瓦光纖激光器的問世不僅使我國在高功率光纖激光器研發上再上新臺階,國內的光纖激光器也由此真正走上產業化道路并取得實質性進展。不僅成功打破了國外少數公司對光纖激光器市場的壟斷,還迫使國外光纖激光器的價格一降再降,滿足了眾多國內客戶對光纖激光器的巨大需求。
全固態激光產品差距依然存在
中國光學學會理事長、中國科學院院士周炳琨認為,萬瓦光纖激光器填補了中國高功率光纖激光器領域的不少技術空白。他同時也表示,雖然從指標上看,萬瓦功率光纖激光器技術水平僅次于美國,但若要完全替代進口,還需在設備的可靠性與耐用性等方面加強測試和保障。
舉例來講,同樣是萬瓦光纖激光器,美國行業翹楚IPG公司在09年就制造出了10千瓦級的單模光纖激光器,武漢銳科則需要將10個單模光纖激光器通過光束相干合成才獲得10千瓦的輸出。除此以外,我國在其他全固態激光產品上與美國還有5-10年的差距。
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