激光器工作物质
根据工作物质物态的不同可把所有的激光器分为以下几大类:①固体激光器(晶体和玻璃),这类激光器所采用的工作物质,是通过把能够产生受激辐射作用的金属离子掺入晶体或玻璃基质中构成发光中心而制成的;②气体激光器,它们所采用的工作物质是气体,并且根据气体中真正产生受激发射作用之工作粒子性质的不同,而进一步区分为原子气体激光器、离子气体激光器、分子气体
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激光器工作物质
根据工作物质物态的不同可把所有的激光器分为以下几大类:①固体激光器(晶体和玻璃),这类激光器所采用的工作物质,是通过把能够产生受激辐射作用的金属离子掺入晶体或玻璃基质中构成发光中心而制成的;②气体激光器,它们所采用的工作物质是气体,并且根据气体中真正产生受激发射作用之工作粒子性质的不同,而进一步区分为原子气体激光器、离子气体激光器、分子气体激光器、准分子气体激光器等;③液体激光器,这类激光器所采用的工作物质主要包括两类,一类是有机荧光染料溶液,另一类是含有稀土金属离子的无机化合物溶液,其中金属离子(如Nd)起工作粒子作用,而无机化合物液体(如SeOCl2)则起基质的作用;④半导体激光器,这类激光器是以一定的半导体材料作工作物质而产生受激发射作用,其原理是通过一定的激励方式(电注入、光泵或高能电子束注入),在半导体物质的能带之间或能带与杂质能级之间,通过激发非平衡载流子而实现粒子数反转,从而产生光的受激发射作用;目前激光产业链上游和中游的国产替代进程较快,中低端激光器件和激光器产品单价呈现明显的降价趋势:激光器件方面,2009-2017年IPG每瓦特的芯片成本下降了80%,年均降幅18%。⑤自由电子激光器,这是一种特殊类型的新型激光器,工作物质为在空间周期变化磁场中高速运动的定向自由电子束,只要改变自由电子束的速度就可产生可调谐的相干电磁辐射,原则上其相干辐射谱可从X射线波段过渡到微波区域,因此具有很诱人的前景。
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激光器的介绍
激光器作为产业链中游环节,主要上游原材料为光学材料、光学器件等。光学材料中芯片、有源光纤等在原材料成本构成中占比较高,对激光器的生产成本有较大影响。中游为各种激光器及配套设备。下游激光加工设备的应用市场十分广泛,目前已渗透到消费电子、材料、半导体加工、汽车、船舶、通讯、医学美容、军事等众多领域。由于激光产业上游材料不具备稀缺资源属性,激光芯片等器件的技术门槛相较于半导体芯片较低,而中游激光器的技术核心集中在光学设计、工艺经验等集成能力,下游激光设备市场极为广阔且分散,因此国内的激光产业链未来有机会国产化闭环。
上游环节的芯片、光纤、高功率光纤光栅、热沉等光学器件是生产激光器产品的重要原材料。国内相关产业起步较晚,质量及稳定性难以满足市场需求,目前仍然主要以进口产品为主(含向国内代理商采购)。国内三大激光器生产商的供应商中,除了有凯普林、长光华芯等少数国产企业外,其他基本都是境外公司或其代理商。激光器的稳定应用于激光器中来提高激光器输出光功率、频率或其它量的稳定性激光器存在各种激光器噪声,在实际应用中很不利,因此需要采用一些技术抑制噪声并且稳定激光器的参数。
2019年上半年,创鑫激光脉冲、连续激光器的无源光纤国产化率分别为89.91%、52.54%,杰普特无源光纤国产化率也达到90%。有源光纤作为增益介质,其难度与作用大于无源光纤,国产化率也在同比提高。芯片(泵浦源)方面,国产芯片已达到可正常使用的水平,但在技术上仍与进口芯片存在一定差距,目前国内超前的激光器厂商均主要采购Lumentum和贰陆激光的芯片及组件,芯片环节仍有待突破。如果注入电流足够大,则会形成和热平衡状态相反的载流子分布,即粒子数反转。
随着飞机、汽车工业向复合材料的转变,高功率激光器渗透率的持续提升。
激光产业链
从产业经济性的角度来看,行业平均水平下激光器约占激光设备成本的30%-50%(采用高功率激光器的设备中占比更高),而材料和激光器件占激光器成本的60%-70%(低功率激光器中的占比更高),因此激光器是制约激光设备经济性的关键,而激光芯片、特殊光纤等激光器核心器件的价格走势则决定了激光器的经济性。按工作介质分,激光器可分为气体激光器、固体激光器、半导体激光器和染料激光器4大类。
由于激光产业上游材料不具备稀缺资源属性,激光芯片等器件的技术门槛相较于半导体芯片较低,而中游激光器的技术核心集中在光学设计、工艺经验等集成能力,下游激光设备市场极为广阔且分散,因此国内的激光产业链未来有机会国产化闭环。目前激光产业链上游和中游的国产替代进程较快,中低端激光器件和激光器产品单价呈现明显的降价趋势:激光器件方面,2009-2017年IPG每瓦特的芯片成本下降了80%,年均降幅18%;激光器有多种分类方法,其中常用的分类方法有四种:工作物质:可分为气体、固体、液体(染料)、半导体、准分子等。激光