1、行業背景介紹
市場研究公司Optech Consulting的一項最新調研報告顯示，去年全球工業激光系統市場顯示出強勁的增長勢頭。基于2021年前三個季度的初步數據顯示，全球工業激光系統市場規模達到213億美元，創下歷史新高，較2020年增長了22%。工業激光源市場在過去一年也創下了52億美元的新紀錄，光纖激光器占比超過50%，而美國IPG 作為光纖激光器的龍頭企業，占據光纖激光器近五成份額。
高功率脈沖光纖激光器，具有穩定可靠，性價比高，高功率高效率，優異的光束質量等特性，已廣泛應用于新能源行業，裝備制造業，3C行業，精密加工行業，激光清洗等領域。
根據種子源特性的不同，納秒脈沖光纖激光器一般分為調Q脈沖光纖激光器和MOPA 脈沖光纖激光器。工業用高功率脈沖光纖激光器一般采用MOPA結構，包括主動調Q脈沖光纖激光器/電調制的半導體光纖激光器以及若干級光纖放大器實現高功率脈沖激光輸出。
目前比較成熟的技術是采用MOPA(主振動功率放大)技術來實現，MO(Master Oscillator)就是主振動器，其實就是一個功率很小激光器，一般可選用波長合適(如1064nm)的Laser Diode 。小功率LD很容易通過驅動電流來直接調制輸出參數，如重復頻率、脈寬、脈沖波形以及功率大小，通過尾纖把光脈沖信號串聯進PA(Power Amplifier)---光纖功率放大器進行光脈沖放大。光纖放大器一般只用于光纖通訊，它的原理與光纖激光器相似，只不過撤掉了光纖兩端的光纖光柵而無法形成激光振動，只起信號放大作用。光纖放大器能嚴格按照MO耦合進來的種子源光進行原形放大，并基本保持種子激光波長、重復頻率、脈沖波形等參數，所以脈沖激光器采用MOPA方式，經過多級放大后，既可得到優良的激光特性，又能大大提高輸出激光的亮度。
相比調Q激光器，MOPA 激光器脈沖寬度可控，峰值功率可控，工作頻率范圍廣，穩定可靠，更受應用市場青睞。
2、激光器行業現狀
近幾年來我國激光制造行業呈現整體爆發的態勢，這背后離不開國產光纖激光器制造廠商的迅速成長。而進口光纖激光器高昂的售價一直是激光設備無法在更多應用領域獲得更大規模應用的主要發展障礙，從這一點上講，國產光纖激光器制造廠商不斷向市場推出物美價廉的產品，承載著國內甚至全球激光裝備和應用市場持續高速發展的重要歷史使命。連續激光器已得到較大的發展，中低功率激光器，已基本被國內廠商占據，最高輸出功率可以達到10萬瓦(銳科2021年推出)。
超高功率脈沖光纖激光器市場，目前主要由IPG 壟斷。超過250W 以上脈沖光纖激光器，IPG 市場占比90%以上，目前主要應用在鋰電池薄片切割，太陽電池片加工，激光清洗等行業上。國內廠商，處于明顯劣勢。近單模的MOPA 激光器，目前國內最高功率約500W。而IPG 同類激光器輸出功率超過5000W，但對國內最高只能銷售500W MOPA。超高功率脈沖光纖激光器近年發展迅速，國內廠商正在努力追趕，公大激光最近推出了近單模1000W MOPA脈沖光纖激光器。
3、公大激光高功率激光器介紹
深圳公大激光有限公司，2019年12月成立于世界先進制造之都深圳。公大激光主要從事“先進短波長光纖激光器"和“激光精密加工解決方案”的研發、生產和銷售，是一家專注于中高功率短波長(綠光和紫外)全光纖激光器的研發、生產和應用方案的激光器公司。公司創始團隊擁有十六年光纖激光器研發和應用經驗，開發過多種類型高功率光纖激光器，能為本土與國際激光設備廠商提供性能優越的激光器解決方案。目前主要產品有50-500W高功率綠光激光器，100-1000W MOPA 脈沖光纖激光器，以及100-2000W 窄線寬連續光纖激光器。下面重點介紹，最新推出的1000W MOPA 脈沖光纖激光器。
4、1000W MOPA 激光器輸出特性
(1)輸出模式表
(2)輸出脈沖波形
輸出脈沖波形 10-500ns 滿功率輸出
脈沖穩定性測試-500ns 670KHz 1052W
(3)輸出光譜圖 (10-500ns)
輸出光譜10-500ns 滿功率輸出
(4)輸出功率曲線
a.輸出功率曲線：
b. 輸出功率穩定性測試(38小時)
38小時功率穩定性測試
(5)光束質量測試報告
輸出光束質量及光斑能量分布
5、1000W MOPA 激光器應用初步測試
為了粗略測試1000W MOPA激光器，基本性能，我們進行了對比實驗。實驗配置F160焦距的場鏡，在鋁材上進行一分鐘的15mm*15mm面積深雕，分別使用公大激光的300W 、500W 和 1000W MOPA 進行對比測試。分別測試了，采用正焦深雕和Z軸同步移動兩種方式，測試結果見下：
Fig 1. 起始正焦深雕--Z軸不移動
Fig 2. Z軸勻速移動，基本保證正焦深雕
測試激光器基本參數對比：
注：上述激光器最大單脈沖能量為2mJ , 但最高深雕效率為1.5mJ 左右，因此使用1.5mJ 的參數進行深雕對比實驗。
從數據上看，不使用Z軸進行焦距矯正時，深雕的效率明顯低于采用Z軸矯正焦距的深雕效率。主要原因為，離焦后聚焦光斑變大，能量密度下降，導致深雕效率下降。1000W MOPA 鋁材深雕效率明顯高于500W 和300W MOPA，見圖片測量數據。注：本次實驗僅測試效率，未考慮深雕后，基材低紋情況。
6、行業前景分析
1000W MOPA 脈沖光纖激光器樣機已初步完成，測試各項參數指標基本正常，后續考慮送樣給有相關需求的客戶進行更多的應用效果測試。
相對目前國內設備廠商大批量使用的IPG 250 MOPA 激光器，1000W MOPA 具有更高的平均功率，更高重復頻率，有望在鋰電池行業、太陽能光伏行業及激光清洗等行業應用提速增效，為我國先進制造添薪加柴。
此文來自于：維科網激光