行业研究/深度研究 | 2018年09月19日
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正文目录
光纤激光器应用领域广阔，细分种类可满足特殊需求....... 4
脉冲激光器峰值功率高，准连续激光器加工速度快 .. 4
连续光纤激光器是高功率激光器的主要产品 ...... 5
准连续光纤激光器可双模式运转，显著提升加工速度 ... 5
脉冲光纤激光器可压缩能量，输出高峰值功率 .. 6
近红外光是主流，绿光和远红外光各具特性 . 7
中红外光纤激光器对人眼安全，是理想医用激光光源 ... 7
绿光光纤激光器光谱亮度高，转换效率高达84% ......... 9
掺镱光纤是主导，掺铒掺铥光纤工作波长各显其能 .. 9
掺镱光纤激光器是激光器产业中的主导力量 .... 10
掺铒光纤激光器是独特的光纤通信窗口 ........... 11
掺铥光纤激光器可改善含水材料的吸收特性 .... 11
光纤激光器性能优势突出，替代效果明显 ........... 13
二氧化碳激光器光转化效率低，使用成本高 ........... 13
YAG激光器能量转换效率低，或被逐渐替代 .......... 14
半导体激光器现阶段技术仍存局限 .. 15
图表目录
图表1： 激光器细分分类对应相关行业应用示意图 ......... 4
图表2： 光纤激光器工作方式及脉冲宽度的情况 . 4
图表3： IPG单模连续光纤激光器YLS系列 ....... 5
图表4： 锐科激光单模连续光纤激光器 ... 5
图表5： IPG掺铥准连续光纤激光器TLM系列 ... 5
图表6： 锐科激光准连续光纤激光器系列5
图表7： IPG 纳秒调Q脉冲激光器ELPN系列 .. 6
图表8： 锐科激光调Q脉冲光纤激光器系列 ....... 6
图表9： IPG掺镱飞秒脉冲激光器YLPF系列 .... 6
图表10： IPG光纤泵浦锁模皮秒激光器ELPP系列 ....... 6
图表11： 不同光纤波长情况一览7
图表12： 按波长分类的激光器情况 ........ 7
图表13： 掺杂不同稀土离子光纤激光器的最大输出功率与发射波长之间的关系图 ........ 8
图表14： IPG 纳秒脉冲中红外光纤激光器CLPN系列 .. 8
图表15： IPG连续窄线宽可调谐中红外激光器FLT系列 ........... 8
图表16： IPG连续绿光单频光纤激光器GLR系列 ......... 9
图表17： 常用掺杂纤芯中稀土离子的工作波长10
图表18： 国内外公司主要掺镱光纤产品对比 .... 10
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图表19： IPG 1万瓦掺镱光纤激光器 YLS-CL系列 ..... 11
图表20： IPG掺镱高功率调Q激光器YLPN系列 ....... 11
图表21： IPG 掺铒光纤脉冲激光器ELPN系列 ........... 11
图表22： IPG掺铒高功率连续激光器ELS系列 ........... 11
图表23： IPG 掺铥单模连续光纤激光器TLR系列 ...... 12
图表24： IPG掺铥准连续光纤激光器TLM系列 ........... 12
图表25： 液态水在不同波长的吸收特性 ........... 12
图表26： 二氧化碳激光器结构 .. 13
图表27： 二氧化碳激光器发光过程简要示意图 . 13
图表28： 光纤激光器与二氧化碳激光器对比 .... 14
图表29： 光纤激光器与二氧化碳激光器使用成本对比 .. 14
图表30： Nd：YAG激光器简易结构示意15
图表31： YAG激光器与光纤激光器对比 .......... 15
图表32： 用作泵浦源的半导体激光器产品 ........ 16
图表33： 半导体激光器简易结构示意 ... 16
图表34： 直接半导体激光器应用 .......... 17
图表35： 直接半导体激光器、光纤激光器和二氧化碳激光器切割工艺对比 ..... 17
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光纤激光器应用领域广阔，细分种类可满足特殊需求
光纤激光器有多种分类方法，其中较为常见的是按工作方式分类、按波段范围分类及按介
质掺杂稀土元素分类。激光器通常也是根据这三个分类中的一至两个来命名的，例如IPG
的YLM-QCW系列即翻译为准连续掺镱光纤激光器。光纤激光器应用领域广泛，不同细分
的激光器特质不同，适合的应用领域各异。例如中红外波段对于人眼来说是安全的，且在
水中能够被很强的吸收，是理想的医用激光光源；掺铒光纤由于其合适的波长可以打开光
纤通信窗口，在光纤通信领域应用较广；绿光激光由于其可见性，在娱乐与投影等方面必
不可少
图表1： 激光器细分分类对应相关行业应用示意图
资料来源：OFweek激光网，华泰证券研究所
脉冲激光器峰值功率高，准连续激光器加工速度快
光纤激光器按照工作方式可以分为锁模光纤激光器、调Q光纤激光器、准连续光纤激光
器及连续光纤激光器。实现脉冲光纤激光器的技术途径主要有调 Q 技术、锁模技术和种
子源主振荡功率放大(MOPA)技术。锁模技术可以实现飞秒或皮秒量级的脉冲输出，且脉
冲的峰值功率较高，一般在百万瓦量级，但是其输出的脉冲平均功率较低；调 Q 光纤激
光器可以获得脉宽为纳秒量级、峰值功率为千瓦量级、脉冲能量为百万焦量级的脉冲激光
准连续激光器的脉冲宽度为微秒级，而连续激光由泵浦源持续提供能量，长时间地产生激
光输出
图表2： 光纤激光器工作方式及脉冲宽度的情况
资料来源：OFweek激光网，华泰证券研究所
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连续光纤激光器是高功率激光器的主要产品
连续激光器的激光输出是连续的，广泛运用于激光切割、焊接和熔覆领域。激光泵浦源持
续提供能量，长时间地产生激光输出，从而得到连续激光。连续激光器中各能级的粒子数
及腔内辐射场均具有稳定分布。其工作特点是工作物质的激励和相应的激光输出，可以在
一段较长的时间范围内以连续方式持续进行，以连续光源激励的光纤激光器即为连续光纤
激光器。相比其他类型激光器，连续光纤激光器能达到相对较高的功率，IPG已经生产出
单模2万瓦的连续光纤激光器，较常用于激光切割、焊接和熔覆领域
图表3： IPG单模连续光纤激光器YLS系列图表4： 锐科激光单模连续光纤激光器
资料来源：IPG官网，华泰证券研究所资料来源：锐科激光官网，华泰证券研究所
准连续光纤激光器可双模式运转，显著提升加工速度
准连续激光器可以同时在连续和高峰值功率脉冲模式下工作。据IPG官网,传统的连续
（CW）激光的峰值和平均功率在CW和CW/调制模式中总是相同的，而准连续激光器在
脉冲模式下的峰值功率要比平均功率高出10倍。因此，这样能够在从几十赫兹到几千赫
兹的重复频率下产生具有高能量的微秒和毫秒脉冲，并且可实现数千瓦的平均功率和峰值
功率
图表5： IPG掺铥准连续光纤激光器TLM系列图表6： 锐科激光准连续光纤激光器系列
资料来源：IPG官网，华泰证券研究所资料来源：锐科激光官网，华泰证券研究所
准连续光纤激光器将提供更高的电光转换效率，并显著提高加工速度及生产效率。据
OFweek激光网，准连续光纤激光器与其它激光系统相比可提供十倍的光电转换效率增量，
在被动式冷却方案下能够实现大于30%的电光转换效率。由于其较高的平均功率和脉冲重
复频率，其加工速度是大多数激光器的3-4倍。显著降低的电力费用，没有消耗品及零配
件，低维护需求，没有预热时间要求，影响叠加将带来成本优化
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