激光界未來發(fā)展
激光市場的競爭日益激烈。新技術(shù)、新的應(yīng)用以及現(xiàn)有技術(shù)的不斷改進都在不斷改變著市場的格局。光子技術(shù)綜報(一份權(quán)威的技術(shù)雜志,PTB)最近同業(yè)內(nèi)一些資深專家就以下問題進行了討論。
1.?光纖激光器有可能替代其它在工業(yè)中廣泛應(yīng)用的激光器,這項技術(shù)會如何影響激光市場?
2.?光纖激光器的潛力常與其中的泵浦源,即半導(dǎo)體激光模塊的發(fā)展聯(lián)系在一起。您對半導(dǎo)體激光器技術(shù)的發(fā)展前景和展望是怎樣的?
3.?在生物技術(shù)及醫(yī)療應(yīng)用方面對激光有日益強勁的需求,您對這塊市場激光系統(tǒng)集成商的機會和挑戰(zhàn)是怎樣看待的?
以下是就以上三個問題,國際上業(yè)內(nèi)資深人士的精彩回答:
光纖激光器有可能替代其它在工業(yè)中廣泛應(yīng)用的激光器,這項技術(shù)會如何影響激光市場?
“光纖激光器在廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域中占有重要的角色,因為光纖激光器是真正的固體激光器,而且所含的光學(xué)元件的數(shù)量最少,具有非常高的電光轉(zhuǎn)換效率,并且光束質(zhì)量無與倫比。在不遠的將來,光纖激光器將在以下市場中取得長足進展:精細加工、汽車行業(yè)以及生物醫(yī)療等領(lǐng)域。
高質(zhì)量的光束以及1微米的波長意味著它可以直接在許多工業(yè)應(yīng)用中取代燈泵浦和半導(dǎo)體泵浦Nd:YAG激光器。已經(jīng)價位很低并且技術(shù)成熟的CO2激光器的發(fā)展也將受到限制。使用同一個光纖激光器可以對金屬進行切割和焊接將對現(xiàn)存的CO2市場提出嚴峻的挑戰(zhàn)。
技術(shù)上,制造光纖激光器的一個關(guān)鍵技術(shù)在于如何有效地將泵浦源耦合到增益光纖中。單芯節(jié)耦合以及帶尾纖的半導(dǎo)體陣列耦合代表著兩類技術(shù)的發(fā)展方向。選擇陣列還是單芯節(jié)泵浦源取決于功率的大小和最終光纖輸出的激光特性。籠統(tǒng)地講,低功率光纖和脈沖式光纖多使用單芯節(jié),而高功率(>100瓦)多使用陣列。但在市場上也存在很多打破此類規(guī)則的產(chǎn)品”。
---Robert S. Williamson III, 博士,Alfalight公司,商業(yè)發(fā)展部總監(jiān)
“低功率光纖激光器(50瓦以下)已經(jīng)成功地在噴碼,打標以及特殊的醫(yī)療市場上嶄露頭角。然而由于其發(fā)射的激光為1微米波長,通常僅限制在金屬加工領(lǐng)域,而在非金屬加工中不太可能有所作為。比如塑料、紙張或布料等材料。這些行業(yè)將繼續(xù)由CO2激光器統(tǒng)治。
最近,在高功率激光器(大于4千瓦)方面,光纖激光器技術(shù)在降低制造成本方面呈現(xiàn)出非常大的潛能。它對現(xiàn)有的Nd:YAG以及高功率CO2激光器造成的很大的威脅,特別在金屬加工方面。這類高功率光纖激光器將被廣泛應(yīng)用于鋁材或鋼材的切割和焊接。預(yù)計將被廣泛應(yīng)用于汽車整車及零配件生產(chǎn)。
即使在技術(shù)上,光纖激光器具有很高的取代高功率工業(yè)激光器的潛能,然而這部分工業(yè)市場非常保守,他們需要親眼看到同行中成功地應(yīng)用,成本的降低和有效的售后服務(wù)之后,才會考慮對傳統(tǒng)激光器進行替代!
從光纖激光器的結(jié)構(gòu)上分析,很容易看出,任何一家公司如果要制造光纖激光器,必須擁有生產(chǎn)半導(dǎo)體激光模塊的能力,因為模塊的成本占據(jù)了激光器總成本的絕大部分。如果您必須在市場上采購模塊的話,您終將喪失價格競爭優(yōu)勢”。
---Paul Crosby,Coherent公司市場部副總裁
“當談到工業(yè)使用中等功率(50-500瓦),和高功率(大于500瓦)的激光系統(tǒng)時,陣列根本無法同單芯節(jié)激光模塊進行競爭。在這種情況下,半導(dǎo)體泵浦固體激光器同陣列端泵激光器沒有多少差別。與光纖的主要優(yōu)點相比,幾乎沒有可比性(長壽命,沒有復(fù)雜的光路調(diào)整系統(tǒng))。
生產(chǎn)光纖激光器的公司,如果在國際市場上采購主要零件的話(如半導(dǎo)體模塊、光纖、耦合器等),將無法同固體激光器技術(shù)在價格方面進行競爭。只有自身能夠生產(chǎn)絕大多數(shù)零配件的光纖公司將會在同固體激光器甚至CO2激光器的競爭中取得勝利。
在1到2年內(nèi),我們的價格將會降到可以同CO2激光器進行直接競爭。這在切割應(yīng)用領(lǐng)域,已經(jīng)開始了。光纖激光器將在2到3年內(nèi)在新裝機方面全面替代連續(xù)Nd:YAG激光器。CO2激光器會同光纖激光器進行較長時間的競爭,因為其技術(shù)簡單、光束質(zhì)量好、價格低廉。但在某些領(lǐng)域中,如金屬切割,光纖在3到5年內(nèi)將全面取代CO2激光器”。
---Denis Gapontsev博士,IPG光子研發(fā)部總監(jiān)
“在千瓦級激光系統(tǒng)的“圣杯”中,光纖激光器有50億美元的市場潛能。要取得這樣大的市場,光纖激光器首先應(yīng)當具備明顯優(yōu)于在此領(lǐng)域中的CO2激光系統(tǒng)、碟式激光系統(tǒng)、和燈泵系統(tǒng)的特質(zhì)。考慮到光纖激光器的諸多無與倫比的技術(shù)優(yōu)勢,隨著時間的發(fā)展,還會出現(xiàn)更多新的應(yīng)用領(lǐng)域,以上市場還會繼續(xù)增大。
根據(jù)不同的光纖激光器的應(yīng)用,單芯節(jié)和陣列端泵可能會取得最后的勝利。如今,陣列端泵技術(shù)總造價更加便宜,而單芯節(jié)技術(shù)具有更長的壽命(特別是對與脈沖式光纖激光器)和更為簡單的冷卻方式。使用哪一種方式最好,取決于功率的大小、所要求的使用壽命、和輸出的模式(連續(xù)還是脈沖)。當今多數(shù)光纖激光器生產(chǎn)廠家在使用單芯節(jié)技術(shù),因為已經(jīng)被證實其具有超高可靠性。但陣列技術(shù)在高功率方面正在迎頭趕上。然而,只要陣列技術(shù)保持每瓦的價格居高不下,單芯節(jié)依然會繼續(xù)占據(jù)主導(dǎo)地位。
我預(yù)計單芯節(jié)技術(shù)在不久的將來會進入非光纖激光器的市場。光纖激光器首先引入了單芯節(jié)半導(dǎo)體模塊技術(shù),它們也會在端泵DPSS YAG激光(包括碟式激光)得到廣泛應(yīng)用。同時可以使用單芯節(jié)半導(dǎo)體模塊直接進行材料加工的應(yīng)用”。
---Andrew Leuzinger,JDS 產(chǎn)品市場部
“光纖激光器當然會有很大的市場份額。它們具有很高的效率,是一個有效的工業(yè)激光,具有很快取代多種傳統(tǒng)工業(yè)激光器的潛力。
關(guān)于單芯節(jié)和陣列泵浦光纖一直存在著有益的爭論,焦點是哪一種技術(shù)將主導(dǎo)市場?對于nLight公司來說,我們同時提供大功率單芯節(jié)和高功率陣列。陣列的優(yōu)點是所需的泵浦激光可以很小,這使得您可以做出更小尺寸的光纖激光器。陣列的壽命沒有單芯節(jié)那樣長(IPG的產(chǎn)品具有500,000小時的壽命),我個人認為終端用戶對于40,000到50,000小時的壽命已經(jīng)很滿意了!我不是也很清楚是否通訊行業(yè)需要那樣長壽命的工業(yè)激光器”。
---Merrill Apter,nLight公司銷售及市場部副總裁
“最初,光纖激光器主要瞄準高端市場,主要在YAG固體激光系統(tǒng)方面。但肯定它具有進攻任何一個材料加工市場的潛力。它將需要很高的可靠性和更低的價格才能進入很多領(lǐng)域。
傳統(tǒng)的封離式CO2激光的價格由于技術(shù)的進步和產(chǎn)量的不斷擴大正在下降。CO2激光器仍有很強的生命力,特別是如果CO2激光器的柔性導(dǎo)光系統(tǒng)得到解決,這必將為CO2激光器發(fā)展跨出關(guān)鍵的一步。
在激光發(fā)展的歷史上,總會出現(xiàn)新的技術(shù),并且占有很好的市場范圍,但傳統(tǒng)的技術(shù)依然存在。我們公司最大銷量的產(chǎn)品是我們20年前開發(fā)的產(chǎn)品,因為它非常適合市場的需求。光纖激光器同時在某些特定的領(lǐng)域內(nèi)很好地適應(yīng)了市場的需求,但我懷疑它是否能夠徹底掃除競爭對手。在未來的3到5年中光纖激光器會占有很大的市場,而我們也會同時取得很大的進步。”
---David Clarke,Synrad公司 總裁
光纖激光器的潛力常與其中的泵浦源,既半導(dǎo)體激光器的發(fā)展聯(lián)系在一起。您對半導(dǎo)體激光技術(shù)的發(fā)展前景和展望是怎樣的?
“總的來說我認為半導(dǎo)體激光器是一個尋求解決方案的技術(shù)。有些工業(yè)市場中非常有效地應(yīng)用了半導(dǎo)體激光器技術(shù)。比如DPSS工業(yè)鉆孔激光系統(tǒng)或端泵DPSS激光打標及雕刻系統(tǒng)。而事實上半導(dǎo)體激光器在其他市場和應(yīng)用方面就產(chǎn)品生命周期而言,還處于嬰兒階段,還有很長的發(fā)展時間。
在過去的2到3年內(nèi),我目睹了很多圍繞著DARPA,超高效率半導(dǎo)體激光源(SHEDS)項目的發(fā)展進程。這幾年幾乎可以說是半導(dǎo)體激光工業(yè)的大復(fù)興時期。SHEDS項目導(dǎo)致生產(chǎn)廠家回過頭去,重新設(shè)計激光的基本結(jié)構(gòu)。SHEDS類的激光器還沒有被完全市場化,而我們的目標就是將這一技術(shù)廣泛應(yīng)用于商業(yè)產(chǎn)品中。在未來的12到24個月的時間當中,您將會看到在工業(yè)現(xiàn)場或很嚴酷的工業(yè)環(huán)境中運行的很高功率、很高效率的半導(dǎo)體激光器產(chǎn)品出現(xiàn)。SHEDS的目標是在指定的溫度下達到80%的電光轉(zhuǎn)換效率。
與這種改進的激光結(jié)構(gòu)同步,需要全新的,溫控平臺或熱沉以改進溫度控制。這種新的溫度控制將與SHEDS同步平行發(fā)展。”
---Merrill Apter, nLight公司銷售與市場部,副總裁
“目前業(yè)內(nèi)總的趨勢是不斷提高半導(dǎo)體激光器的效率,從而可以降低新系統(tǒng)的成本,使用更少的模塊。與此同時,可以開啟一些新的市場領(lǐng)域。 我們同時也在努力提高模塊的可靠性。壽命從1萬小時,提高到現(xiàn)在的2萬或3萬小時,這也降低了客戶的使用成本。
我們對制造半導(dǎo)體模塊的每一個制作步驟中都進行了改進。正在設(shè)計更加有效的生長晶體、硅片加工以及封裝等過程。當對所有的細致的過程都進行了改進后,就可以得到具有非常高效率、高品質(zhì)的產(chǎn)品。”
---Frank Leibreich,Spectra-Physics 半導(dǎo)體激光器市場部總監(jiān)
在生物技術(shù)及醫(yī)療應(yīng)用方面對激光有日益強勁的需求,您對這塊市場激光系統(tǒng)集成商的機會和挑戰(zhàn)是怎樣看待的?
“醫(yī)療及生物市場的強勁需求驅(qū)動了飛秒(超快)激光技術(shù)在分析儀器應(yīng)用方面的快速發(fā)展。人們正在努力對活體細胞,組織以及病毒轉(zhuǎn)移特質(zhì)進行實時測量和分析,這些應(yīng)用對人類攻克癌癥等方面的研究至關(guān)重要。超快激光使得在對患者進行快速,非介入性診斷時可以取得實時信息。
現(xiàn)有超快激光器的制造技術(shù)成本太高,這制約了市場的發(fā)展。系統(tǒng)的尺寸也非常龐大。光纖激光器的很大一部分應(yīng)用可以走到超快激光,而且光纖激光器的生產(chǎn)廠商也著重從尺寸小巧方面推薦光纖的應(yīng)用。剩下的很重要的一個問題就是降低成本,我認為至少要降低一個數(shù)量級(十倍以上)才可以真正地打開市場。”
---Lisa Tsufura, Melles Griot激光集團,市場部經(jīng)理
“生命和健康科學(xué)是一個非常強勁的市場,因為那里會永遠不斷的出現(xiàn)新的應(yīng)用,其中很多是基于激光的應(yīng)用,并且醫(yī)藥也在不斷尋求改進。激光不再只局限為一種外科手術(shù)工具,其會更加廣泛地應(yīng)用于醫(yī)學(xué)診斷(如細胞影像)、藥檢、DNA排序、細胞分類以及蛋白質(zhì)分析等方面。
現(xiàn)在,您會發(fā)現(xiàn)激光被廣泛應(yīng)用于您前所未聞的領(lǐng)域中。一個很好的例子是細胞造影技術(shù)。顯微鏡公司應(yīng)用飛秒激光,這在15年前還是體積巨大的設(shè)備,僅限于物理實驗室中應(yīng)用。而現(xiàn)在可以將其設(shè)計在影像聚焦系統(tǒng)中,由電腦直接控制的方便的工具,它可以用于亞細胞水平的研究中。
各國政府提供了很多經(jīng)費給生命和健康科學(xué),這對于激光在這些領(lǐng)域中的發(fā)展起到了至關(guān)重要的作用。而一些大型的生物醫(yī)藥公司為了尋求發(fā)展機遇,也對其發(fā)展起到了很大的作用。他們需要更高的性能、更高的可靠性和較低的成本,這些都是挑戰(zhàn)。同時也是市場的走向,我們正在不遺余力地努力向此方向發(fā)展。”
---Arnd Krueger, Spectra-Physics 市場部主任
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