随光纤激光的国产化浪潮 看湘江之畔崛起工业之光

时间:2020-07-02 10:29来源:OFweek激光网作者:weixiang 点击:
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摘要:光纤激光器具有体积小、重量轻、电光转换效率高、性能稳定、可靠性高和寿命长等优点,目前已成为工业加工的主流选择。中国作为全球最大的工业市场,为光纤激光器的大规模应用及技术发展提供了广阔土壤。随着光纤激光的应用逐渐走向成熟,国产替代进口的呼声也越来越响亮,国产激光器在各功率段市场的占比也逐年提高。

关键字:激光,激光技术,光纤激光

  光纤激光器具有体积小、重量轻、电光转换效率高、性能稳定、可靠性高和寿命长等优点,目前已成为工业加工的主流选择。中国作为全球最大的工业市场,为光纤激光器的大规模应用及技术发展提供了广阔土壤。随着光纤激光的应用逐渐走向成熟,国产替代进口的呼声也越来越响亮,国产激光器在各功率段市场的占比也逐年提高。

 

  小功率市场率先实现国产化,目前百瓦以下市场除个别应用场景外,已基本不见进口激光器的身影;百瓦至千瓦水平的国产激光器也于2016年开始在市场上占据主导地位;功率越高,国产化难度越大,千瓦以上的国产激光器直到2019年才成为市场主流;但到了万瓦以上,国产激光器距进口激光器的市场份额仍有较大差距。

 

  在光纤激光器的国产化浪潮中,锐科激光、创鑫激光作为国产双雄已经得到市场认可,目前具有较大的市场份额;而杰普特、飞博激光、联品激光均已实现过亿营收;此外大科激光、国志激光等业内新秀也均取得非常大的进步。今天我们的主角,就是近年快速崛起、坐落于湘江之畔的大科激光。

 

  下游市场需求旺 湘江之畔育光芒

 

  大科激光成立于2017年,总部坐落在湘江之畔的岳阳市湘阴县金龙新区。目前,湖南省产业布局已从传统的“长株潭一体化”向“长株潭衡岳”协同发展进化,湘阴作为连接岳阳这一工业重镇与省会长沙的桥头堡,其工业在产业升级的进程中不断革新,在湘江新区的旗帜下,展现出强劲的发展潜力。激光应用的普及加快了产业升级的步伐,同时为激光产业链带来了更巨量的需求。在这样的背景下,有着良好应用土壤的湘阴县,在巨大的市场需求下孕育出一束工业之光——大科激光就此应运而生。

 
随光纤激光的国产化浪潮 看湘江之畔崛起工业之光

  图片来源:大科激光

  大科激光的创始人及核心成员曾在国防科技大学从事科研工作二十余年,并以光纤激光器、激光辐照动力学方向的研究成果为学术界称誉。凭借深厚的技术底蕴,大科激光在特殊应用领域获得良好的口碑,并在走向工业化的过程中取得飞速的进步。2018年,成立仅一年的大科激光便交出了营收超千万元的答卷,其中工业市场约占四成;而到了2019年,大科激光营业收入超过5000万元,工业市场收入占比大幅上升。

 

  如此的发展速度,称之为崛起并不为过。而这束湘江之畔的工业之光,也正凭借独特的技术优势,变得越来越耀眼。

 

  凭借核心技术优势 从同质化竞争突围

 

  当今的光纤激光器市场,同质化竞争非常严重。雷同的技术,一致的应用场景,使得市场竞争从技术研发的比拼蜕变为单一的功率竞赛、恶性的价格竞争。实际上光纤激光器仍有许多技术痛点亟待解决,包括如何获得更优质的光束质量以提高加工效果,如何加工高反材料等。大科激光的快速崛起,与其独特的核心竞争力密不可分,“高亮度”与“抗高反”这两条市场痛点,正是大科的发力点,高亮度激光器便是其具有核心优势的产品之一。

 

  所谓高亮度激光器,通常指在功率相同时光束质量更好的激光器,单模光纤激光器是同功率下亮度最高的光纤激光器。与较低亮度的激光器相比,高亮度激光器具有更小的焦点光斑和更长的瑞利距离,能实现更高的功率密度和更大加工深度。以激光切割为例,更高的功率密度使得单模激光器可以大幅度提升薄板切割速度,2mm以下板材的切割速度能比多模激光器提高50%以上。同时,更高的功率密度也使得单模激光器可以完美实现导热系数较高的铝、铜等高反材料的快速切割。

 

  2mm紫铜一小时连续切割(左)

  4mm紫铜一小时连续切割(右)

 

  图片来源:大科激光

 

  对激光焊接而言,高亮度激光器优势同样明显。与亮度较低的激光器相比,更小的焦点光斑尺寸使得高亮度激光器在焊接时可实现更小的熔池直径、更小的热影响区域;更长的瑞利距离使得高亮度激光器具有更大的焦深,可实现更大的熔化深度,更小的上下宽度差;特别是,亮度极高的单模光纤激光器具有稳定的高斯型分布光斑,这让单模激光在焊接过程中创造出极稳定的熔池,提升焊缝的均匀度和一致性。据了解,大科2000W单模激光器可完美用于铝、紫铜等高反材料的焊接,紫铜焊接深度可达2.3mm。

 

  除了模式纯净度高外,大科的单模激光器还能在保证高光束质量的前提下配备长距离的能量传输光纤。以2000W单模激光器为例,目前市面上的多数品牌即使能把M2控制在1.2以内,但大多数也只能配备5米以内的能量传输光纤,不能在大型机床上使用。而大科激光的高亮度激光器可以做到配备15米QBH输出时,M2还保持在1.2,可以完美匹配大型机床的使用需求。在高亮度的基础上,大科激光进一步提高了激光器输出功率,如其最新的5kW准单模光纤振荡器,能够配备20米传能光纤,输出光谱纯净、无受激拉曼散射现象的光束。

 

  准单模5000W输出光谱图

  图片来源:大科激光

 

  此外,铜、铝、金等高反材料的加工也是目前让众多激光加工用户普遍感到头疼的问题。大科激光则凭借“纤芯抗回反光”的专利技术,通过结构改良、器件选型、光路设计以及物理层面的建模分析等方法实现了抗高反。据实测结果表明,大科2000W单模激光器连续切割紫铜时能做到不停机、无误警,保证了加工的连续性;对于在新能源、新材料领域广泛应用的铜、铝焊接工艺也有得天独厚的应用优势。

 

  抗高反是一套系统性技术,而非单一的功能实现。实现抗高反总体上包括几个重要环节:一是如何控制高功率密度下的非线性光学效应;二是要对泵浦方式进行优化;三是如何实现回返光的合理剥离与消除。要把这几个环节结合起来,不仅要有理论上的方案,还要在工艺上实现。据悉,大科激光器对常用工业材料中反射率最高的紫铜进行了连续一小时的切割、焊接测试,激光器工作非常稳定。

 

  重视技术研发 再求新的突破

 

  除拥有高亮度和抗高反两大核心优势外,大科激光还在不断修炼“内功”。作为高科技企业,研发和创新必不可少,而要推动科技创新则离不开创新人才驱动。大科激光重视人才培养,并与中南大学、长沙大学等高校进行深度的产学研合作,通过整合高校的创新能量与人才资源,促进公司主产业的优化升级和新兴产业的发展壮大。

 

  一方面是内部人才梯队的建设与培养,另一方面则是大力投入研发资金。2019年,大科激光研发占比高达30%。在强有力的研发支持下,大科激光不断取得新的突破。大科激光的学术基因使研发团队非常重视对光纤激光器物理本源的探索,并因此能够洞悉在保持高光束质量的前提下提升光纤激光功率的瓶颈因素。包括泵浦亮度、光致材料损伤、热透镜效应、光子暗化(PD)、受激拉曼散射(SRS)、横向模式不稳定性(TMI)等等,这其中一部分是元器件及材料的特性所致,一部分则可以通过各种先进工艺与技术,如光纤盘绕选模、非线性光学抑制技术、高效热管理技术等等进行优化。大科激光研发团队具备全面的数值模拟与仿真能力,能够将对光纤激光器各种机理的理论认知转化为工程实践。大科激光目前推出的多项产品通过科技部权威机构查新认证,研发团队也在国内外学术期刊上发表论文,对技术研发的重视必然会使大科激光持续不断取得新的突破。

 
随光纤激光的国产化浪潮 看湘江之畔崛起工业之光

  大科激光董事长郭少锋

  图片来源:大科激光

 

  大科激光董事长郭少锋介绍说:“大科激光一直致力于研发更高功率、更高光束质量的光纤激光器。目前大科激光成功实现了国内首台工业级5kW准单模光纤激光器,该产品在科研定制市场已形成批量订单,获得了用户的肯定,今年7月将在上海光博会上和大家见面。此外我们今年的一个重要的研发计划就是基于LD泵浦研发工业级的万瓦单模光纤激光器,预计明年上半年能够和大家见面。”

 

  根据光纤激光器的物理机制,功率密度越高,模式净化就越难。大科激光通过不懈的技术攻关,进一步优化了光子暗化、受激拉曼散射效应和横向模式不稳定性的抑制技术,提高了5kW光纤激光器的光束质量,但这款新产品能把模式净化做到什么程度?这束源于湘江之畔的工业之光能照出怎样的亮度?还待慕尼黑光博会8.1E 240展位上进行揭晓。

【光粒网综合报道】( 责任编辑:weixiang )
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