在當(dāng)今激光技術(shù)日新月異的時(shí)代，固體激光器和光纖激光器作為兩大主流激光產(chǎn)品，各自在工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究、軍事應(yīng)用等多個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)出了獨(dú)特的魅力與優(yōu)勢(shì)。

一、技術(shù)原理與性能差異

① 增益介質(zhì)

光纖激光器（Fiber Laser）則采用摻稀土元素玻璃光纖作為增益介質(zhì)。在泵浦光的作用下，光纖內(nèi)形成高功率密度，導(dǎo)致激光能級(jí)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，并通過(guò)諧振腔的正反饋回路產(chǎn)生激光振蕩。光纖激光器結(jié)構(gòu)緊湊，無(wú)需復(fù)雜的冷卻系統(tǒng)，且光纖的柔韌性使得其在多維空間加工應(yīng)用中更具優(yōu)勢(shì)。

光纖激光器的核心是光纖，這是一種柔韌、細(xì)如發(fā)絲的玻璃或塑料絲，以其以最小的損耗長(zhǎng)距離引導(dǎo)光的能力而聞名。該光纖充當(dāng)激光器的有源增益介質(zhì)，是激光器運(yùn)行的核心。然而，與電信中使用的未摻雜玻璃或塑料光纖不同，光纖激光器中的光纖摻雜有稀土元素，例如鉺或鐿。這種摻雜引入了激光運(yùn)行所需的能態(tài)，使光纖不僅可以引導(dǎo)光，還可以放大光。

固體激光器（Solid-State Laser, SSL）以其獨(dú)特的增益介質(zhì)——固體材料為核心，通常由增益介質(zhì)、冷卻系統(tǒng)、光學(xué)諧振腔和泵浦源四大部分組成。增益介質(zhì)，如紅寶石（Cr:Al₂O₃）或摻釹釔鋁石榴石（Nd:YAG），是固體激光器的靈魂，其內(nèi)部摻入的激活離子（如Nd³⁺）在泵浦光的作用下實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生激光。冷卻系統(tǒng)則負(fù)責(zé)帶走增益介質(zhì)內(nèi)部因激光產(chǎn)生而積累的熱量，確保激光器穩(wěn)定運(yùn)行。光學(xué)諧振腔則通過(guò)光子的正反饋形成持續(xù)震蕩，輸出高單色性和高定向性的激光束。

②性能與效率

光纖激光器以其卓越的電效率而聞名，這要?dú)w功于光纖電纜的性質(zhì)，它可以以最小的損耗傳導(dǎo)光。此功能使光纖激光器具有令人難以置信的能源效率，通�？梢詫�(shí)現(xiàn)超過(guò) 30% 的效率。

固態(tài)激光器的效率通常較低，這可能是由于其體積較大的增益介質(zhì)的損耗較高以及需要高強(qiáng)度燈進(jìn)行泵浦。

③光束質(zhì)量：直接影響激光器在精密應(yīng)用中的有效性

光纖激光器的單模操作可提供令人難以置信的高光束質(zhì)量，其特點(diǎn)是緊密聚焦和最小發(fā)散。

固態(tài)激光器雖然能夠提供高質(zhì)量的光束，但通常難以與光纖激光器的光束質(zhì)量相匹配，尤其是在較高功率水平下。

盡管效率和光束質(zhì)量較低，但固態(tài)激光器并非沒(méi)有其優(yōu)勢(shì)。它們擁有強(qiáng)大的功率縮放功能，非常適合高功率應(yīng)用。固態(tài)激光器可以設(shè)計(jì)為通過(guò)增加增益介質(zhì)的尺寸和泵浦功率來(lái)產(chǎn)生令人難以置信的高功率水平，由于光纖尺寸和散熱的限制，這對(duì)于光纖激光器來(lái)說(shuō)并不那么簡(jiǎn)單。

④穩(wěn)定性

光纖激光器的穩(wěn)定性高。其光纖結(jié)構(gòu)對(duì)環(huán)境的變化（如溫度、濕度、振動(dòng)等）不敏感，能夠在較為惡劣的環(huán)境下保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)。同時(shí)，光纖激光器采用固態(tài)結(jié)構(gòu)且不含自由空間光學(xué)組件，因此被認(rèn)為更耐用且能適應(yīng)環(huán)境變化。

固體激光器的穩(wěn)定性相對(duì)較差，環(huán)境因素的變化可能會(huì)對(duì)其性能產(chǎn)生較大的影響。

⑤散熱性能

光纖激光器的散熱性能優(yōu)異。它的增益介質(zhì)是光纖，具有較大的表面積與體積比，熱量能夠快速散發(fā)出去，因此可以長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定地工作，并且能夠承受較高的功率輸出。

固體激光器的散熱相對(duì)困難，在高功率運(yùn)行時(shí)容易出現(xiàn)熱效應(yīng)問(wèn)題，影響激光器的性能和壽命。

⑥尺寸與維護(hù)成本

光纖激光器非常緊湊并且?guī)缀鯚o(wú)需維護(hù)。光纖的小尺寸和沒(méi)有外鏡大大減少了與固態(tài)激光器相關(guān)的對(duì)準(zhǔn)問(wèn)題。此外，光纖出色的散熱能力通常無(wú)需主動(dòng)冷卻，從而進(jìn)一步減少維護(hù)需求。同時(shí)，光纖激光器通常操作起來(lái)更安全，因?yàn)榧す獗幌拗圃诠饫w內(nèi)，從而降低了意外暴露的風(fēng)險(xiǎn)。

固態(tài)激光器中鏡子的對(duì)準(zhǔn)對(duì)其運(yùn)行至關(guān)重要，需要定期檢查和調(diào)整，從而增加了維護(hù)工作量。此外，固態(tài)激光器通常需要主動(dòng)冷卻來(lái)管理增益介質(zhì)中產(chǎn)生的熱量，這不僅增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，而且增加了維護(hù)需求。固態(tài)激光器往往比光纖激光器體積更大。對(duì)大增益中鏡和外鏡的需求增加了它們的尺寸和重量，限制了它們?cè)诳臻g有限的應(yīng)用中的適用性。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

光纖激光器則以其高功率、高光束質(zhì)量、良好的散熱性能和穩(wěn)定性在工業(yè)切割、焊接領(lǐng)域大放異彩。光纖激光器特別適用于金屬材料的厚板切割和焊接，其高電光轉(zhuǎn)換效率和免調(diào)節(jié)、免維護(hù)的設(shè)計(jì)，大大降低了使用成本和維護(hù)難度。同時(shí)，光纖激光器對(duì)惡劣工作環(huán)境的高容忍度，如灰塵、震蕩、濕度等，也使其在各類(lèi)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中表現(xiàn)出色。連續(xù)激光器在宏觀加工領(lǐng)域的滲透程度較高，在該領(lǐng)域已逐漸替代傳統(tǒng)加工方式。

固體激光器以其高峰值功率、大脈沖能量和短波長(zhǎng)激光輸出（如綠光、紫外光）在超精超微加工領(lǐng)域獨(dú)樹(shù)一幟。在金屬/非金屬材料打標(biāo)、切割、鉆孔及焊接等工藝中，固體激光器能夠?qū)崿F(xiàn)更高的加工精度和更廣泛的材料適用性。特別是在非金屬材料的高精度焊接和光固化3D打印中，固體激光器憑借其短波長(zhǎng)激光的熱效應(yīng)小、加工精度高的特性，成為首選設(shè)備。固體激光器憑借其短波長(zhǎng)（紫外、深紫外）、短脈寬（皮秒、飛秒）、高峰值功率的特點(diǎn)被主要應(yīng)用于非金屬材料和薄性、脆性等金屬材料的精密微加工領(lǐng)域。此外，固體激光器被廣泛應(yīng)用于環(huán)境、醫(yī)療、軍事等領(lǐng)域的前沿科學(xué)研究。

三、市場(chǎng)占有率

我國(guó)正處于制造業(yè)從中低端制造向高端制造轉(zhuǎn)型升級(jí)的過(guò)程，中低端制造占比高，宏觀加工市場(chǎng)同時(shí)覆蓋中低端制造和部分高端制造，市場(chǎng)需求大，因此，光纖激光器的市場(chǎng)容量較大。

國(guó)內(nèi)中低功率光纖激光器國(guó)產(chǎn)化程度高，國(guó)內(nèi)規(guī)模化生產(chǎn)廠商眾多。根據(jù)《中國(guó)激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告》顯示，小功率光纖激光器已全面實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代；中功率連續(xù)光纖激光器方面，國(guó)產(chǎn)品質(zhì)與其沒(méi)有明顯劣勢(shì)，價(jià)格優(yōu)勢(shì)明顯，市場(chǎng)份額相當(dāng)；高功率連續(xù)光纖激光器方面，國(guó)產(chǎn)品牌已實(shí)現(xiàn)部分銷(xiāo)售。

至于固體激光器，由于國(guó)內(nèi)發(fā)展較晚，目前還沒(méi)有以該產(chǎn)品為主要業(yè)務(wù)的上市公司，一般是購(gòu)買(mǎi)國(guó)外品牌。

光纖激光器憑借其高輸出功率的特點(diǎn)主要被應(yīng)用于宏觀加工領(lǐng)域（激光宏觀加工一般指激光光束對(duì)加工對(duì)象的影響范圍為毫米級(jí)的尺寸和形狀的加工）；固體激光器則具有短波長(zhǎng)、窄脈寬、高峰值功率等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于微加工領(lǐng)域（微加工一般指精度達(dá)到微米甚至納米級(jí)的尺寸和形狀的加工），導(dǎo)致固體激光器和光纖激光器的用戶存在一定差異。

總的來(lái)講，固體激光器與光纖激光器應(yīng)用領(lǐng)域各有側(cè)重，各自有其應(yīng)用領(lǐng)域。二者在絕大部分領(lǐng)域不存在直接競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，在微加工領(lǐng)域重合的金屬材料加工領(lǐng)域，在金屬達(dá)到一定厚度的情況下因成本原因該領(lǐng)域一般采用傳統(tǒng)方式或光纖激光器，僅在金屬厚度薄或?qū)�加工要求高且�?duì)成本不敏感的場(chǎng)景采用固體激光器。此外，二者競(jìng)爭(zhēng)重合度低，固體激光器主要用于非金屬材料（玻璃、陶瓷、塑料、聚合物、包裝物、其他脆性材料等）加工，在金屬材料領(lǐng)域用于對(duì)精度要求高且對(duì)成本相對(duì)不敏感的場(chǎng)景。

參考文獻(xiàn)：

1.固體激光器和光纖激光器比較指南：了解它們的獨(dú)特特性、效率和應(yīng)用

2.固體激光器與光纖激光器的區(qū)別區(qū)分

https://www.highlightoptics.com/Technology/578.html

轉(zhuǎn)自：愛(ài)蛙科技

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