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    《激光世界雜志》2010年第四期“光纖激光&半導(dǎo)體激光”一文說：“第一臺(tái)高功率（燈泵）固體激光器問世時(shí)，有人曾預(yù)言CO2激光器將走向末日；當(dāng)?shù)谝慌_(tái)千瓦半導(dǎo)體（泵浦）激光器出現(xiàn)在市場(chǎng)上時(shí)，其也曾在很長(zhǎng)一段時(shí)間被認(rèn)為是激光發(fā)展的未來”。今天IPG公司推出幾千瓦級(jí)單模光纖激光器商品、德國(guó)通快公司世界上最著名的精密機(jī)床制造商，推出了8毫米毫弧度3千瓦DISK固體激光器，國(guó)內(nèi)有研究單位報(bào)道研發(fā)出30瓦單模端泵YAG激光器，200瓦單模YAG激光器，光纖激光器通過十一五的五年研究，至少有五家研究單位，研究出1000瓦光纖激光器。為什么說燈泵、半導(dǎo)體泵、光纖激光終究會(huì)取代CO2激光在激光加工市場(chǎng)的壟斷地位？現(xiàn)實(shí)的這些固體激光為什么又取代不了CO2激光？DPL激光、光纖激光技術(shù)又如何發(fā)展才有可能實(shí)現(xiàn)這種“取代”？上篇回答了第一個(gè)問題，確信了目前的這些固體激光不能取代CO2激光，中篇從理論上分別簡(jiǎn)單分析了這些固體激光的結(jié)構(gòu)，證明它們的確不能取代CO2激光，下篇從這些固體激光的結(jié)構(gòu)上的缺點(diǎn)，提出了新的固體激光器的結(jié)構(gòu)，使這種“取代”有了些可能。

    全球激光加工市場(chǎng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)告訴我們，激光加工銷售金額最多，對(duì)激光器的輸出功率、光束質(zhì)量要求最高的市場(chǎng)——激光切割平板金屬，仍然被軸向流動(dòng)CO2激光壟斷。這個(gè)市場(chǎng)燈泵激光器的銷售金額遠(yuǎn)比DPL激光、光纖激光高，軸流CO2氣體激光器和燈泵固體激光器仍然是高功率、高端激光加工應(yīng)用的主流激光器。光纖激光器連燈泵激光器都不能取代，更取代不了CO2激光器了。

一、在激光加工應(yīng)用中，單模高功率固體激光理論上將取代軸流CO2激光

    單模固體激光器的波長(zhǎng)1.06微米比CO2激光器10.6微米小了10倍，如果一臺(tái)1000瓦固體激光器和1000CO2激光器同是單模，會(huì)聚光斑直徑相同時(shí)，固體激光的束散角比CO2激光小10倍，固體激光的瑞利長(zhǎng)度r 要比CO2激光的長(zhǎng)10倍。切割同樣材料的鋼板，固體激光器的錐度要好，而且切割深度更深。如果固體激光選擇會(huì)聚光斑直徑比CO2激光小一倍，瑞利長(zhǎng)度比CO2激光長(zhǎng)五倍，功率密度增加4倍，這樣無論在切割錐度、速度和深度上都應(yīng)該遠(yuǎn)優(yōu)于CO2激光器。

    再來考慮美國(guó)波音公司的機(jī)載激光武器，它使用的是氧碘激光器，功率2兆瓦，發(fā)射天線直徑1500毫米，目標(biāo)摧毀400公里外的起飛段的彈道導(dǎo)彈。我們可以推導(dǎo)出下面的公式：

p=1.27*P0*（ D0）2/(d0*α）2 /L2
（一）

公式中，d0激光束的束腰直徑，α是激光束的發(fā)射全角，P0激光輸出功率；D0發(fā)射物鏡有效通光孔徑，L是物鏡到會(huì)聚點(diǎn)的成像距離，d是會(huì)聚光斑直徑。p是會(huì)聚光斑的功率密度，單位瓦/（平方厘米）2。

下面我們分別計(jì)算單模氧碘激光器（波長(zhǎng)1.315微米）、固體激光器（波長(zhǎng)1.06微米）、CO2激光器（波長(zhǎng)10.6微米）在100公里處的會(huì)聚光斑直徑和2兆瓦單模激光功率密度：

氧碘激光：直徑110毫米，功率密度2.1萬瓦/平方厘米；

固體激光：90毫米，功率密度3.1萬瓦/平方厘米；

CO2激光：900毫米，功率密度310瓦/平方厘米。

一臺(tái)激光器用于激光加工或激光武器，并不取決于激光輸出功率，而是取決于它的亮度，即：

P0/（d0*α）2（單位：瓦/（毫米*毫弧度）2）

從理論上說，一臺(tái)30瓦單模固體YAG激光器，相當(dāng)于單模3000瓦的CO2激光器，16.46瓦/（毫米*毫弧度）平方 ；一臺(tái)200瓦的單模YAG激光器，相當(dāng)于20千瓦CO2單模激光器，110瓦/（毫米*毫弧度）平方；一臺(tái)1000瓦的單模光纖激光器，相當(dāng)于100千瓦的單模CO2激光器，550瓦/（毫米*毫弧度）平方。從這個(gè)角度出發(fā)，IPG和通快的激光器在激光加工領(lǐng)域的應(yīng)用應(yīng)該是完全可以取代CO2激光器了，而且使激光加工水平躍上一個(gè)新的水平，帶來一場(chǎng)激光金屬切割領(lǐng)域的革命（目前單模CO2激光器在3000瓦水平），事實(shí)是否定的！

二、從全球激光加工銷售數(shù)據(jù)分析，高功率單模固體激光器仍然沒有實(shí)現(xiàn)

根據(jù)ILS的報(bào)道，2010年工業(yè)激光市場(chǎng)激光器總銷售近15億美元激光器，其中CO2激光占53%、固體激光占27%，光纖激光占16%。

工業(yè)激光主要使用在材料加工、半導(dǎo)體和微電子制造、激光打標(biāo)和其它應(yīng)用等四個(gè)領(lǐng)域。其中材料加工10.6億美元，占71%；激光打標(biāo)1.8億，占12%；激光用于半導(dǎo)體和微電子制造1.5億美元，占10%；其它應(yīng)用7%。

材料加工的10億美元，CO2激光占68%，固體激光占21%，光纖激光占11%。65%的銷售金額6.5億美元以上是激光切割創(chuàng)造的。激光切割對(duì)激光器的要求最高，不僅需要高功率、也需要高光束質(zhì)量。

CO2激光7.89億的銷售其中7.29億是用在材料加工的，固體激光在激光材料加工中的份額是2.24億美元，光纖激光其僅有1.15億美元。

2009年金融危機(jī)以來LFW就不提供詳細(xì)的各類激光器在工業(yè)激光市場(chǎng)的詳細(xì)銷售數(shù)據(jù)，我們可以以2008年一月LFW發(fā)布的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，詳見表二。

來自ILS2008年第一期的數(shù)據(jù)，軸流高功率CO2激光器2007年銷售了5500臺(tái)，平均每臺(tái)銷售價(jià)格是16萬美元；燈泵固體激光器的銷售逐年下跌，但是銷

售金額總量仍然遠(yuǎn)高于光纖激光器和半導(dǎo)體泵固體激光器，平均價(jià)格是6.4萬/臺(tái)；在軸流CO2激光，燈泵激光，半導(dǎo)體泵激光，光纖激光中，光纖激光器銷售數(shù)量最高，2007年在工業(yè)激光市場(chǎng)，銷售了6325臺(tái)，總金額是1.34億美元，平均價(jià)格3萬/臺(tái)。#p#分頁標(biāo)題#e#

根據(jù)以上的數(shù)據(jù)，光纖激光器的市場(chǎng)占有率增加的非常快，但是在高功率單模應(yīng)用中就不是這樣了，2003年IPG報(bào)道了第一臺(tái)1000瓦單模光纖激光器，隨后千瓦級(jí)單模光纖激光器的商品就出現(xiàn)了，直至今日市場(chǎng)上并沒有出現(xiàn)那種預(yù)期。盡管IPG報(bào)道的單模光纖激光器輸出功率一再上升，他們報(bào)道的用光纖激光器切割的技術(shù)數(shù)據(jù)，只能說和CO2激光器相當(dāng)。據(jù)2011年第一期的LFW報(bào)道，只有65臺(tái)高功率光纖激光器用于切割應(yīng)用的記錄，用于激光金屬切割，每年銷售幾千臺(tái)的CO2激光切割機(jī)，這就給IPG的千瓦級(jí)光纖激光器是不是單模打了問號(hào)。