隨光纖激光的國產化浪潮 看湘江之畔崛起工業之光

光纖激光器具有體積小、重量輕、電光轉換效率高、性能穩定、可靠性高和壽命長等優點，目前已成為工業加工的主流選擇。中國作為全球最大的工業市場，為光纖激光器的大規模應用及技術發展提供了廣闊土壤。隨著光纖激光的應用逐漸走向成熟，國產替代進口的呼聲也越來越響亮，國產激光器在各功率段市場的占比也逐年提高。

小功率市場率先實現國產化，目前百瓦以下市場除個別應用場景外，已基本不見進口激光器的身影；百瓦至千瓦水平的國產激光器也於2016年開始在市場上占據主導地位；功率越高，國產化難度越大，千瓦以上的國產激光器直到2019年才成為市場主流；但到了萬瓦以上，國產激光器距進口激光器的市場份額仍有較大差距。

在光纖激光器的國產化浪潮中，銳科激光、創鑫激光作為國產雙雄已經得到市場認可，目前具有較大的市場份額；而傑普特、飛博激光、聯品激光均已實現過億營收；此外大科激光、國志激光等業內新秀也均取得非常大的進步。今天我們的主角，就是近年快速崛起、坐落於湘江之畔的大科激光。

下遊市場需求旺 湘江之畔育光芒

大科激光成立於2017年，總部坐落在湘江之畔的嶽陽市湘陰縣金龍新區。目前，湖南省產業布局已從傳統的「長株潭一體化」向「長株潭衡嶽」協同發展進化，湘陰作為連接嶽陽這一工業重鎮與省會長沙的橋頭堡，其工業在產業升級的進程中不斷革新，在湘江新區的旗幟下，展現出強勁的發展潛力。激光應用的普及加快了產業升級的步伐，同時為激光產業鏈帶來了更巨量的需求。在這樣的背景下，有著良好應用土壤的湘陰縣，在巨大的市場需求下孕育出一束工業之光——大科激光就此應運而生。

圖片來源：大科激光

大科激光的創始人及核心成員曾在國防科技大學從事科研工作二十餘年，並以光纖激光器、激光輻照動力學方向的研究成果為學術界稱譽。憑借深厚的技術底蘊，大科激光在特殊應用領域獲得良好的口碑，並在走向工業化的過程中取得飛速的進步。2018年，成立僅一年的大科激光便交出了營收超千萬元的答卷，其中工業市場約占四成；而到了2019年，大科激光營業收入超過5000萬元，工業市場收入占比大幅上升。

如此的發展速度，稱之為崛起並不為過。而這束湘江之畔的工業之光，也正憑借獨特的技術優勢，變得越來越耀眼。

憑借核心技術優勢 從同質化競爭突圍

當今的光纖激光器市場，同質化競爭非常嚴重。雷同的技術，一致的應用場景，使得市場競爭從技術研發的比拼蛻變為單一的功率競賽、惡性的價格競爭。實際上光纖激光器仍有許多技術痛點亟待解決，包括如何獲得更優質的光束質量以提高加工效果，如何加工高反材料等。大科激光的快速崛起，與其獨特的核心競爭力密不可分，「高亮度」與「抗高反」這兩條市場痛點，正是大科的發力點，高亮度激光器便是其具有核心優勢的產品之一。

所謂高亮度激光器，通常指在功率相同時光束質量更好的激光器，單模光纖激光器是同功率下亮度最高的光纖激光器。與較低亮度的激光器相比，高亮度激光器具有更小的焦點光斑和更長的瑞利距離，能實現更高的功率密度和更大加工深度。以激光切割為例，更高的功率密度使得單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。同時，更高的功率密度也使得單模激光器可以完美實現導熱系數較高的鋁、銅等高反材料的快速切割。

2mm紫銅一小時延續切割（左）

4mm紫銅一小時延續切割（右）

圖片來源：大科激光

對激光焊接而言，高亮度激光器優勢同樣明顯。與亮度較低的激光器相比，更小的焦點光斑尺寸使得高亮度激光器在焊接時可實現更小的熔池直徑、更小的熱影響區域；更長的瑞利距離使得高亮度激光器具有更大的焦深，可實現更大的融化深度，更小的上下寬度差；特別是，亮度極高的單模光纖激光器具有穩定的高斯型分布光斑，這讓單模激光在焊接過程中創造出極穩定的熔池，提升焊縫的均勻度和一致性。據了解，大科2000W單模激光器可完美用於鋁、紫銅等高反材料的焊接，紫銅焊接深度可達2.3mm。

除了模式純淨度高外，大科的單模激光器還能在保證高光束質量的前提下配備長距離的能量傳輸光纖。以2000W單模激光器為例，目前市面上的多數品牌即使能把M2控制在1.2以內，但大多數也只能配備5米以內的能量傳輸光纖，不能在大型機床上使用。而大科激光的高亮度激光器可以做到配備15米QBH輸出時，M2還保持在1.2，可以完美匹配大型機床的使用需求。在高亮度的基礎上，大科激光進一步提高了激光器輸出功率，如其最新的5kW準單模光纖振蕩器，能夠配備20米傳能光纖，輸出光譜純淨、無受激拉曼散射現象的光束。

準單模5000W輸出光譜圖

圖片來源：大科激光

此外，銅、鋁、金等高反材料的加工也是目前讓眾多激光加工用戶普遍感到頭疼的問題。大科激光則憑借「纖芯抗回反光」的專利技術，通過結構改良、器件選型、光路設計以及物理層面的建模分析等方法實現了抗高反。據實測結果表明，大科2000W單模激光器延續切割紫銅時能做到不停機、無誤警，保證了加工的延續性；對於在新能源、新材料領域廣泛應用的銅、鋁焊接工藝也有得天獨厚的應用優勢。

抗高反是一套系統性技術，而非單一的功能實現。實現抗高反總體上包括幾個重要環節：一是如何控制高功率密度下的非線性光學效應；二是要對泵浦方式進行優化；三是如何實現回返光的合理剝離與清除。要把這幾個環節結合起來，不僅要有理論上的方案，還要在工藝上實現。據悉，大科激光器對常用工業材料中反射率最高的紫銅進行了延續一小時的切割、焊接測試，激光器工作非常穩定。

重視技術研發 再求新的突破

除擁有高亮度和抗高反兩大核心優勢外，大科激光還在不斷修煉「內功」。作為高科技企業，研發和創新必不可少，而要推進科技創新則離不開創新人才驅動。大科激光重視人才培養，並與中南大學、長沙大學等高校進行深度的產學研合作，通過整合高校的創新能量與人才資源，促進公司主產業的優化升級和新興產業的發展壯大。

一方面是內部人才梯隊的建設與培養，另一方面則是大力投入研發資金。2019年，大科激光研發占比高達30％。在強有力的研發支持下，大科激光不斷取得新的突破。大科激光的學術基因使研發團隊非常重視對光纖激光器物理本源的探索，並因此能夠洞悉在保持高光束質量的前提下提升光纖激光功率的瓶頸因素。包括泵浦亮度、光致材料損傷、熱透鏡效應、光子暗化（PD）、受激拉曼散射（SRS）、橫向模式不穩定性（TMI）等等，這其中一部分是元器件及材料的特性所致，一部分則可以通過各種先進工藝與技術，如光纖盤繞選模、非線性光學抑制技術、高效熱管理技術等等進行優化。大科激光研發團隊具備全面的數值模擬與仿真能力，能夠將對光纖激光器各種機理的理論認知轉化為工程實踐。大科激光目前推出的多項產品通過科技部權威機構查新認證，研發團隊也在國內外學術期刊上發表論文，對技術研發的重視必然會使大科激光持續不斷取得新的突破。

大科激光董事長郭少鋒

圖片來源：大科激光

大科激光董事長郭少鋒介紹說：「大科激光一直致力於研發更高功率、更高光束質量的光纖激光器。目前大科激光成功實現了國內首臺工業級5kW準單模光纖激光器，該產品在科研定制市場已形成批量訂單，獲得了用戶的肯定，今年7月將在上海光博會上和大家見面。此外我們今年的一個重要的研發計劃就是基於LD泵浦研發工業級的萬瓦單模光纖激光器，預計明年上半年能夠和大家見面。」

根據光纖激光器的物理機制，功率密度越高，模式淨化就越難。大科激光通過不懈的技術攻關，進一步優化了光子暗化、受激拉曼散射效應和橫向模式不穩定性的抑制技術，提高了5kW光纖激光器的光束質量，但這款新產品能把模式淨化做到什麼程度？這束源於湘江之畔的工業之光能照出怎樣的亮度？還待慕尼黑光博會8.1E 240展位長進行揭曉。