需求驅(qū)動技術(shù)發(fā)展、市場變動

高功率光纖激光技術(shù)飛速發(fā)展的一個巨大動因是工業(yè)制造和國防應(yīng)用的需求驅(qū)動。

光纖激光器按照輸出功率可分為三個層次：低功率光纖激光器（＜100 W）主要用于激光打標(biāo)、鉆孔、精密加工以及金屬雕刻等；中功率光纖激光器（＜1．5 kW）主要用于金屬材料的焊接和切割，金屬表面的翻新處理；高功率光纖激光器（＞1．5 kW）主要用于厚金屬板的切割、特殊板材的三維加工等。

高功率光纖激光器還有一項重要的工業(yè)應(yīng)用，是天然氣鉆探和深海新能源的獲取。美國氣體開發(fā)技術(shù)研究所使用IPG公司的5 kW光纖激光器對巖石進行了切割及粉碎實驗，與傳統(tǒng)的方法相比，采用光纖激光器穿透的孔眼更深，能夠降低損害并提高產(chǎn)量。目前，高功率光纖激光器已廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，由于其生產(chǎn)力和成本優(yōu)勢，逐漸取代了以往其它種類的激光器。

圖  各類光纖激光器在能量需求上和進行巖石去除所需能量的對比（HPFL：高功率光纖激光器）

2016年，全球激光器總銷售額為104億美元，其中千瓦級高功率激光加工市場占據(jù)了15億美元，高功率光纖激光器在激光加工市場備受矚目。同時，2016年也是全球光纖激光產(chǎn)業(yè)整合并購的大年，有相干公司和羅芬公司的聯(lián)姻、昂納科技收購ITF公司進軍光纖激光產(chǎn)業(yè)、NKT收購Fianium公司、大族激光收購光纖制造廠商Coractive、DILAs與m2k－Laser公司的合并等等。

各大公司開始整合光纖激光制造涉及的各個方面，力求把光纖激光核心器件的研發(fā)與生產(chǎn)牢牢掌控在自己手中，同時最大限度的降低成本，以期獲得更高的商業(yè)利潤。

隨著市場應(yīng)用的推動和國家戰(zhàn)略規(guī)劃，近年，受國家自然科學(xué)重點基金、國家863計劃、科技部重點專項、以及各地方政府的重視，我國對光纖激光技術(shù)前沿探索、成果轉(zhuǎn)化、和產(chǎn)業(yè)升級均大力支持，國產(chǎn)高功率光纖激光器的研究和產(chǎn)業(yè)化也得到了快速發(fā)展。

目前，國產(chǎn)千瓦級以下光纖激光器的銷量，已經(jīng)以壓倒性的優(yōu)勢超越了進口產(chǎn)品，而且價格也大幅下降，基本實現(xiàn)了全國產(chǎn)化批量生產(chǎn)。然而高功率光纖激光器的國內(nèi)市場情況截然不同，由于核心材料和器件受限等原因，目前仍處于關(guān)鍵技術(shù)和工程化研發(fā)階段，主要由進口產(chǎn)品主導(dǎo)，國產(chǎn)產(chǎn)品數(shù)量稀少。中國高功率光纖激光器產(chǎn)業(yè)化還有很長的路要走。

國外國防應(yīng)用需求是重要推手

歐美、俄羅斯等軍事強國非常重視高功率光纖激光器的國防應(yīng)用，這成為了高功率光纖激光技術(shù)迅速發(fā)展的重要推手。光纖激光器除了光束質(zhì)量好，亮度高外，其效率高、產(chǎn)熱少、結(jié)構(gòu)堅固且緊湊，激光通過光纖傳輸?shù)焦馐铣傻谋憷砸彩瞧鋬?yōu)勢。目前，國外很多研究機構(gòu)已經(jīng)開展光纖激光器反簡易爆炸裝置、迫擊炮彈和對抗無人機等目標(biāo)的研究的報道，裝載平臺也呈現(xiàn)多樣化。

圖  LAWs激光系統(tǒng)和洛克馬丁公司的30kW激光器擊打無人機實驗

早在2004年，美國SPATA公司將2 kW多模光纖激光器安裝到“宙斯”激光掃雷系統(tǒng)中，在阿富汗成功執(zhí)行了掃雷任務(wù)；2010年，美國海軍進行了光纖激光近防系統(tǒng)（LAWs）的試驗，LAWs以非相干合成的方式實現(xiàn)了33 kW的最大功率輸出，在隨后的試驗中，其在3．2 km的距離連續(xù)擊落了4架時速為300多公里的無人機；2015年，美國洛克希德·馬丁公司采用30 kW的光纖激光組束系統(tǒng)成功摧毀了一英里外的激光引擎；2017年在陸軍白沙靶場擊落了5架翼展3．3 m的“法外狂徒”系統(tǒng)無人機，其集中光束打擊和執(zhí)行速度比之前的激光束快了兩倍。

總而言之，大力發(fā)展高功率光纖激光技術(shù)將滿足新時期新環(huán)境下眾多領(lǐng)域?qū)Ω吡炼燃す獾男枨?，對國民?jīng)濟和國家安全具有重要意義。