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商用超短脉冲(UFP)激光器最新进展
作者:PhotoMachining公司 Ron Schaeffer博士
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半导体激光器, 固体激光器, Er:YAG激光器, CO2激光器, 光纤激光器, ...
自2013年首次发布关于超短脉冲(UFP)激光器的数据后,该领域的表现非常活跃。许多新公司涌入这个市场,成本功率比也有所下降,同时该市场通过并购也进行了行业整合。现在我们发布了更新后的商用超短脉冲激光器的数据,并对此作出适当的评价。

在撰写这篇文章时,我们与所有参加了2013年调查的公司进行了联系,并请他们更新了数据。此外,许多不在之前名单上的公司也被邀请参与此次调查,2013年调查时他们或是没有囊括入名单中,或是不愿意参与,或是当时他们还没有涉足超短脉冲激光器领域。因此本次的名单更为完整,但这绝不是一个完整的调查。名单被划分为皮秒激光器和飞秒激光器;公司在表中的位置是由他们自己选择的。

皮秒激光器

表1展示了皮秒激光器的14家供应商,2013年是9家。基本波长仍然是最常见的1030或1064nm。几个不同的供应商能提供的商用皮秒激光器功率最大至100W,具有较高功率的可能使用了Innoslab技术。大多数被调查者都表示至少有第二和第三谐波。行业整合也一直在进行,例如JDSU收购了Time-Bandwidth以及EO Technics收购了PowerLase。另一个值得注意的是一些“跨界”的存在:2013年,所有供应商都将自己划分为皮秒激光器或是飞秒激光器,但在2014年的表中,许多公司(SP、Amphos、EdgeWave、Rofin和Trumpf)将自己同时划为皮秒和飞秒激光器的供应商。

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对于皮秒激光器,总体而言:第一,50 ps和1ns之间的脉冲长度似乎在工业领域不是非常有用,除非在一些非常特殊的领域;第二,即使在10ps的脉冲宽度,对大多数材料而言加工零件的质量几乎总有不同;第三,对于大多数超短脉冲应用而言,皮秒脉冲已经“足够好”,因为皮秒成本低于飞秒,并且现有的皮秒激光器的功率高得多。市场上热门的高功率皮秒激光器主要用来进行蓝宝石加工,市面上制造的大部分高功率激光器都是用于此处。不过,大量激光器的积极交付确保了只有大公司才能进入该市场。

飞秒激光器

表2显示了飞秒激光器的12家供应商,2013年是9家。只有3家供应商列出了输出功率超过50W的激光器。值得注意的一点是,Raydiance表示未来计划扩展至1030nm(取代1553nm)以便能提供更高的谐波。在300fs脉冲宽度,基本波长和较高的谐波对大多数材料的加工质量来说不会造成太大的区别,但有机物和玻璃等材料仍然会有比较显著的差异。特别是金属在基本输出功率下就可以实现边缘整齐的加工。然而,如果需要目标上的光斑尺寸很小,那么紫外(UV)光子可能是必要的选择,即使是对飞秒激光器来说。我们到底需要多短的脉冲宽度?对于大多数应用来说,其实没有必要追求150fs以下的脉冲宽度,因为这只能给加工零件的质量带来边际收益,但超短脉冲激光器的光谱展宽使得光学元件问题变得更具挑战性。即使飞秒光子通常能在目标上实现边缘干净整齐的切割,但皮秒对大多数应用来说已经足够好。最后,当很短的脉冲聚焦到很小的光斑时,空气击穿会带来麻烦,所以可能需要保证光束传输系统的洁净。

另外重要的一点是,这些激光器其中大部分的振荡器运行在很高的重复频率下,然后用脉冲选择器发出一串脉冲,放大器通常在千赫的重复频率下。它也可以发送脉冲“串”,也就是说在极短时间间隔内发出一串连续脉冲,而不是单独一个脉冲。通常,第一个脉冲是最强的,尾随其后的脉冲强度有所下降。不过,JDSU的Flex Burst模式可以控制每个脉冲并且能按照需求单独调整脉冲“串”的强度。最后,它也可以调整每个脉冲(SP Pulse on Demand),以让峰值强度按照需要出现在脉冲“串”的开头、中间或是结尾。不管在什么情况下,重要的是要保证界限明确、边缘整齐的脉冲,有明确的上升和下降时间,也没有放大受激发射(ASE)。

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出现在这些表中的激光器都是工业级别的,也就是说它们设计成适应制造业的工作环境。对皮秒激光器来说单位脉冲能量至少为50mJ,飞秒激光器则是25mJ。重复频率必须是可用的,这通常意味着重复频率约为100kHz至1MHz。至少有13家供应商没有进入到我们的表格中,有的是没有回答我们的调查问卷,有的是因为刚刚开始制造超短脉冲激光器。其中最引人关注的是IPG Photonics,该公司已经表示要涉足超短脉冲激光业务。在两张表中,成本功率比变得更低,并且根据IPG的说法:“如果你认为现在皮秒激光器的价格很低的话,那你就太大惊小怪了。”总体而言,目前皮秒激光器的价格大概比纳秒激光器贵了6倍,而相同输出功率级别的飞秒激光器则贵了10倍。

总结

该行业的发展方向应该是在更小的体积内提供更多光子,以及更高的谐波。随着皮秒激光器与纳秒激光器相比变得更富有成本竞争力,它们将占据更多市场份额。虽然你可以选择花费大笔金钱购买最顶尖的激光器,但是对于加工零件的质量来说,如何使用激光以及光子如何传送到目标上将会起到更为关键的作用。尤其是皮秒激光器相对来说技术“更为成熟”,公司非常多,同时产品的参数区别不大。好消息是市场仍然处于“刚开始成熟”的阶段,因此新的应用和价格的下降将推动激光器的销售向上增长。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (3/11/2015)
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