加拿大拉瓦爾大學科學家開發出了第一臺可在電磁光譜的可見光范圍內產生飛秒脈沖的光纖激光器，這種能產生超短、明亮可見波長脈沖的激光器可廣泛應用于生物醫學、材料加工等領域。

通常產生可見光飛秒脈沖的設備復雜且低效，光纖激光器則擁有穩定可靠、占地面積小、效率高、成本低、亮度高等優點，是一種非常有前途的替代方案。但迄今為止，這種激光器還無法直接產生持續時間在飛秒（10-15秒）范圍內的可見光脈沖。

研究團隊負責人睿爾·瓦雷表示，他們研制出了首臺能在可見光范圍內工作的飛秒光纖激光器。該激光器基于鑭系元素摻雜的氟化物光纖，能發射635納米的紅光，實現了持續時間為168飛秒、峰值功率為0.73千瓦、重復頻率為137兆赫茲的壓縮脈沖。而且，他們在設備中使用商用藍色激光二極管作為能量光源，使整體設計更加堅固、緊湊且具有成本效益。

研究團隊指出，如果在不久的將來能夠獲得更高的能量和功率，可廣泛應用于許多領域。潛在應用包括高精度、高質量的生物組織消融和雙光子激發顯微鏡。此外，飛秒激光脈沖還可在材料加工過程中對其進行冷消融，鑒于這一過程不會產生熱效應，因此在進行切割時比用更長的脈沖更加清潔。

接下來，研究人員計劃改進這項技術，使裝置完全單片化，這意味著各個光纖光學組件都將直接互連，將減少裝置的光學損耗，提高效率，進一步提高激光器的可靠、緊湊和堅固性。他們還在研究提高激光脈沖能量、脈沖持續時間和平均功率的不同途徑。


什么是光纖激光器？

光纖激光器是指用摻稀土元素玻璃光纖作為增益介質的激光器。

光纖激光器的工作原理和其他激光器一樣，它是由能產生光子的增益介質(摻雜光纖)，使光子得到反饋并在增益介質中進行諧振放大的光學諧振腔和激勵光子躍遷的泵浦源三部分組成。由泵浦源發出的泵浦光通過一面反射鏡耦合進入增益介質中，由于增益介質為摻稀土元素光纖，因此泵浦光被吸收，吸收了光子能量的稀土離子發生能級躍遷并實現粒子數反轉，反轉后的粒子經過諧振腔，由激發態躍遷回基態，釋放能量，并形成穩定的激光輸出。

光纖具有很高的“表面積/體積”比，散熱效果好，能在不加強制冷卻的情況下連續工作。

光纖作為導波介質，纖芯直徑小，纖內易形成高功率密度，因此光纖激光器具有較高的轉換效率、較低的闕值、較高的增益、較窄的線寬，與光纖耦合損耗小。

由于光纖具有很好的柔韌性，因此光纖激光器具有小巧靈活，結構緊湊，性價比較高，且易于系統集成的特點。

光纖還具有相當多的可調諧參數和選擇性，能獲得相當寬的調諧范圍、好的色散性和穩定性。

工業領域應用仍為主流，非工業領域市場存在巨大潛力

我國光纖激光器市場增長迅速，工業領域為光纖激光器下游主要應用領域，占比高達62%。相較于其它類型的激光器，光纖激光器具有使用成本較低、精密加工能力強、停機修整時間短等優勢，應用在大規模增長的激光切割、打標、焊接等工業精細加工領域作業可謂是再合適不過的了。近年來，工業應用中光纖激光器占比逐步提升，已經成為工業應用首選激光器，其次為信息領域激光設備市場，占比達22%；商業領域占比7%，醫學領域占比4%，科研領域占比5%。

除此之外，光纖激光器在非工業領域的應用市場也存在巨大潛力。以醫療方面為例，大功率光纖激光器的引進，使組織脫落和光致凝結手術的時間大大縮短。在眼科手術中，連續摻銩光纖激光器能使角膜成形手術成功率更高，同時還可以治療遠視、近視等眼科疾病。在心血管手術中，利用光纖的柔韌性和光纖激光器光束質量好，可以使光纖進入人體內排除腫瘤。在整形美容手術中，2m波長光纖激光器在治療皮膚癌和去紋身方面已取得了良好效果。另外，功率超過幾瓦的摻銩光纖激光器則在顯微外科手術中扮演了十分重要的角色，它能為外科手術提供較大的高能輻射，同時在紅外保健方面也有著應用空間。預計未來非工業激光設備應用規模將有望超過工業設備應用，占比較大且增長較快的非工業應用領域主要包括醫療、傳感器與儀器、微電子加工等下游領域。

與傳統工業加工制造領域相比，這類非工業領域的應用市場細分領域眾多，沒有通用的產品，功率也不再是唯一的關鍵指標，必須根據具體應用場景開發與之匹配的產品，因此定制化的產品研發必然成為企業發展方向。


國產化滲透率快速增長

中低功率光纖激光器已基本實現全面國產化

光纖激光器是指用摻稀土元素玻璃光纖作為增益介質的激光器。隨著中國制造業逐步向高端化、智能化轉型升級，光纖激光器在工業領域生產制造的各個環節滲透率不斷攀升。2022年中國光纖激光器市場銷售數量持續攀升，但整體經濟面臨需求收縮、供給沖擊、預期轉弱的三重壓力，我國光纖激光器市場規模下降至122.6億元，同比下降1.8%。隨著新賽道的打開和多款新產品投產，中商產業研究院預測，2023年整個市場將恢復正增長，市場規模將達135.5億元，同比增長超過10%。

從光纖激光器國產化滲透率來看，我國小功率光纖激光器國產化水平較高，中、大功率光纖激光器國產化滲透率有望進一步增長。

由于中低功率激光器技術壁壘相對較低，一直以來，國產光纖激光器都更多地集中在中低功率領域。低功率光纖激光器主要用于3C產品打標、微雕等精細加工領域，其中，激光打標市場是工業光纖激光器在中國的突破口，2017 年，低功率領域（100W 以下）國產比例已高達90%。目前，已有以銳科和創鑫為代表的約15家廠商，在50W以下的打標及其他市場占有一席之地。據不完全統計，這些廠商占有約40%的國內光纖打標市場。

中功率市場國產化率也已于2020年突破60%，有望實現完全替代。據報道，國內有四家廠商現已推出500W的產品：武漢銳科、西安梅曼、北京國科世紀和紐敦光電。中功率光纖激光器廣泛應用于金屬薄板切割和焊接，還有三維切割領域等，伴隨著相關技術逐漸成熟同時關鍵激光元器件可以從國內采購或自產，中功率光纖激光器國產化占比將繼續提升。

數據顯示，2018-2022年，大功率光纖激光器國產化滲透率由34.48%增長至83.55%，中功率光纖激光器國產化滲透率由54.90%增長至60.33%，小功率光纖激光器國產化滲透率由98.21增長至99.86%。其中，大功率光纖激光器國產化滲透率增長速度最快，表明我國大功率光纖激光器自主生產能力獲得快速提高。中商產業研究院預測，2023年我國大功率光纖激光器國產化滲透率將達85.37%。