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一文看懂工业激光器“心脏”的发展历程

来源：发布时间：2024-01-08 浏览量：

从2007年我国第一台国产光纤激光器问世算起，光纤激光国产化之路已经走了16年，工业激光器成功从过去受制于人发展到今天遥遥领先——2023年，我国光纤激光器市场国产份额已接近80%。

光纤激光器的发展离不开泵浦源的发展，如果把光纤激光器比作整套激光加工系统的心脏，那么泵浦源则相当于光纤激光器的心脏。今天小凯就带大家回顾下这一“激光器心脏”的发展历程。

我国几乎是与国外同一时期展开对半导体激光技术的探索，科研层面上一直保持相当水准，但产业化进度相对落后，直到2000年前后才陆续出现半导体激光器企业，成立于2003年的凯普林光电是其中最早的一批。

当时大功率半导体激光器的应用刚开始呈现良好的发展势头，但耦合封装市场却被少数几家美国公司垄断，国内企业及科研院所尽管拿得出指标与国外接近的产品，在市场上却仍是一片空白。2004年，凯普林率先发力攻克了光纤耦合半导体激光器的量产难关。尤其是808nm半导体激光器，凭借超越国外同类产品的性价比和交付能力迅速打开欧美市场，实现了中国制造激光器大批量出口，并由此在激光牙科领域成为国际知名供应商。长期以来，全球主要的牙科医疗设备商一直积极和凯普林保持合作。

808nm半导体激光器

进入医疗领域的同年，恰逢国内印刷业迎来CTP（计算机直接制版）技术研发的高潮。这一技术利用激光扫描成像，提升了制版精度和速度，降低了制版成本，因而受到印刷业追捧。但当时这一技术所有的技术专利都被国外企业把持，国内印刷企业在市场上没有丝毫话语权，不得不接受“天价”换技术。在这一背景下，凯普林直面国外企业的封锁和打压，凭借自身技术积累，与客户一起逐步研发、攻关，陆续解决了CTP相关难题。2005年，凯普林凭借集成了激光器的激光密排模块，从众多竞争对手中抢到了订单，推动国内印刷业加速进入CTP时代。目前这项技术几乎全面取代了激光照排技术，凯普林占据了其中多数市场份额。

凯普林激光器激光密排模块

2007年，国内光纤激光器产业链尚在萌芽状态，国内市场上能见到的光纤激光器、半导体泵浦源几乎都是进口产品，并且进口泵浦源价格极其高昂、交付周期漫长，使得国内从事高功率激光器研发的企业、科研院所长期面临“缺泵”困境。因为缺泵，激光器难以上量，又进一步制约了国内企业的议价权。

凯普林早期泵源

尽管当时市场需求的量不大，但凯普林敏锐发现了泵浦源国产化的机遇。凭借过去已经得到市场验证的技术积累，凯普林结合光纤激光器的使用特点，完成了对高性能芯片封装技术的开发和实践，率先推出10W泵浦源。这一举动有力推动了国产光纤激光器的落地，一举打破了国外厂商在泵浦源及光纤激光器领域对中国的垄断。

2008年底，中央推出4万亿计划，我国由此进入大基建时代。大基建对激光行业影响最深远的当属激光切割板块：逐年增加的金属加工需求结合激光切割金属的优势，为激光切割机市场的发展带来了巨大的空间。

在此之前，激光切割主要以CO2气体和YAG固体为主，光纤激光由于功率低，仅被视为“薄板”工具，加之进口设备极其昂贵，并未得到市场重视。但部分行业人士坚定看好光纤激光的未来，陆续开发3000W等更高功率的光纤激光切割机，一点点撬动激光切割市场。2014年，光纤激光器市占率开始超过CO2激光器，成为新一代的市场主流。

CO2激光器产品示例

在光纤激光由弱变强、逐渐成为市场主流的几年间，市面上几乎全是进口的光纤激光器（进口份额常年维持在90%以上）。光纤激光国产化之路受限于泵浦功率低及合束技术不成熟，完全无法撼动进口产品的地位。但由于这一方向已经非常明显，陆续有新企业入局半导体激光泵浦源领域，加上凯普林等老企业进一步加大技术攻关力度，2014年国产200W泵浦源问世，有力支撑了国产千瓦级激光器在切割、焊接等领域向进口产品发起挑战。

2014年出现的国产200W泵浦源，不仅从品质和性能上提升了国产千瓦级激光器的竞争力，还为国产光源企业的爆发奠定了基础。2015年前后，国内涌现出一大批各具特色的光纤激光器制造商，在国产泵源和高功率合束技术被攻克后，国产高功率激光器一时间呈现出百花齐放的局面。2018年，国产万瓦激光器在工业市场得到应用，国产3000W以下激光器已经能够跟进口光源掰手腕。

凯普林泵浦源功率进化图

伴随着国产激光器功率日益提升，泵浦源的功率升级也没停止——200W，330W，一直到2020年，凯普林再度引领行业，创新性地将偏振合束和密集排布理论应用于泵浦源中，显著提升了光纤激光器的功率密度和集成度，成功把660W泵浦源推向市场。泵源功率进一步提升，确保了高功率激光器的性能及品质，也成功将国产光源与进口光源的角力场提升到万瓦级别，助推了国产激光器掀起一轮“万瓦风暴”。那年9月的上海工博会上，万瓦激光器已经是全场所有光纤激光企业的标配，国产3万瓦、4万瓦几乎遍布每一个展台。

2021年，凯普林又一次实现技术领跑，推出了千瓦级泵浦源，也将我国的泵浦源行业带入千瓦时代。这一时代最显著的成果，就是推动了光纤激光器的小型化，单模块12kW激光器开始大量出现。一方面，千瓦级的高功率泵浦有效降低了万瓦激光器对模块数量的要求，1万瓦级别实现了单模块，2万瓦、3万瓦的体积也较过去开始变小，打开了光纤激光器发展在追求高功率、高亮度之外的第三条路——小型化；另一方面，随着手持激光焊市场的火热，更小体积的激光器能够显著降低手持激光焊机的运输和操作难度，并由此激发了一些激光器企业开启对小体积的极致追求。

2022年，在泵浦源领域一直位居行业引领者地位的凯普林，发布了体积更小的闪电系列光纤激光器。这种颠覆式的体积减小对下游影响巨大，直接改变了手持激光焊的市场格局，同时也给针对激光切割机出口的企业带来重大利好。尽管2022年就已经有了成熟产品，但凯普林对其中的核心技术一直秘而不宣，直到2023年才公开——闪电系列激光器成功瘦身的关键在于CTC芯片一体化技术，而这一技术也宣告泵浦源市场再度升级，进入主打高集成度泵浦的4.0时代。凭借CTC芯片一体化技术，凯普林在2023年推出了单泵功率高达5000W的泵浦源，并将陆续运用到新一代的光纤激光器身上。