大功率工业激光器对制造业的支持和未来发展方向

经过几十年的发展，激光技术开辟了广阔的应用天地，应用领域涵盖通信、材料加工、准分子光刻及数据存储等9个主要类别。激光加工设备在经历了传统的气体、固体激光器之后，又诞生出了光纤激光器、半导体激光器、碟片激光器等新型激光设备，其功率逐渐提升，光束质量越来越高，可靠性得到了很好的保障，在智能化方面也体现得越来越明显，而成本却在逐年降低。因此，激光设备在工业加工领域扮演着非常重要的角色。

第三代固体激光器的发展

第三代固体激光器主要指的是高功率工业光纤激光器。在激光加工领域，这种设备已经表现出逐步替代一部分传统气体激光器的趋势，尤其是在功率上。现阶段，主流的商用光纤激光器，其输出功率已经达到了数千万以上，甚至有些能够达到50千万，这个数字非常可观。

目前，高功率工业光纤激光器研发和制造领域面临的主要课题有以下几个方面：一是采用大芯径掺镱光纤，制造高功率光纤激光器，并为高功率光纤激光器及其核心光纤器件提供适合的配套零部件。

二是使10千瓦高功率工业光纤激光器的制造实现工程化和产品化，以满足船舶、汽车、军工及能源等行业的企业对高功率激光器越来越多的需求，因为厚钢板激光切割、激光焊接等操作都离不开这类设备。

三是量产2千瓦到4千瓦的连续光纤激光器，以满足企业对于焊接、切割等应用的需求。

第四代固体激光器的发展

第四代固体激光器的主要指的是高功率半导体固态激光器。这类激光器具有结构紧凑、寿命长、电光转换效率高等优点。其使用寿命最高可长达一万小时，而电光转换效率可高达30%到40%，这对于其他类型的激光设备而言，具有非常明显的优势。

目前，高功率半导体固态激光器的制造和研发，面临的主要课题有发展激光增益光纤、激光薄片晶体、激光非线性频率转换晶体、激光用石英玻璃等激光材料，还有高功率镜片、传输光纤、切割头、焊接头、半导体激光泵浦源等激光器元件。另外就是使激光元件与精密机械零件加工、激光电源、激光光学元件及数控系统等单元核心器件相匹配。

高功率、高光束二氧化碳激光器

虽然固体激光器得到了飞速发展，其应用越来越广泛，但是高功率、高光束二氧化碳气体激光器仍然是激光切割、焊接的主力光源。当今国家上约有75%的中厚板仍采用的是高功率二氧化碳激光器来进行切割。

在轴快流二氧化碳激光器上基础上，采用L形空间折叠激光谐振腔的结构形式和偏振选择镜的方法，就能够得到稳定的高光束质量的径向偏振光。相比于传统的圆偏振激光器，采用了最新的径向偏振光的二氧化碳激光器可以将切割速度提高一倍，极大促进了加工效率的提升，是高功率工业气体激光器的换代产品，也是我国激光加工制造装备中的核心支撑。

目前，这一领域的重要课题就是开发出激光功率在2千瓦以上，偏振纯度在90%以上的径向偏振二氧化碳激光器。这种径向偏振光还可应用于电子加速、扫描显微和粒子诱捕等许多尖端领域。