一、國(guó)外發(fā)展概況
半導(dǎo)體激光泵浦的全固態(tài)激光器已是工業(yè)用激光設(shè)備的核心器件，也可以單獨(dú)作為激光器應(yīng)用。
全固態(tài)紫外激光器的發(fā)展和應(yīng)用是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外最引人關(guān)注的亮點(diǎn)之一，全固態(tài)紫外激光器與傳統(tǒng)的準(zhǔn)分子紫外激光器相比較，具有體積小、效率高、壽命長(zhǎng)、光束質(zhì)量好、無(wú)毒、不需要更換特殊氣體、價(jià)格便宜等許多優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)外，全固態(tài)紫外激光器已成為激光劃片、微細(xì)鉆孔等微電子加工的最理想激光源。近幾年，美國(guó)、德國(guó)、特別是日本都在加大力量發(fā)展全固態(tài)紫外激光器，特別是中大功率全固態(tài)紫外激光器的開(kāi)發(fā)應(yīng)用。由于1064nm或532nm波長(zhǎng)激光對(duì)材料的加工主要是產(chǎn)生氣化或熔融等熱作用，所以加工出的產(chǎn)品往往很難達(dá)到精細(xì)、光滑，甚至有些材料（如陶瓷、硅片等）在加工時(shí)會(huì)引起碎裂，因此，全固態(tài)紫外激光器在激光微加工、激光精密加工有著廣泛推廣應(yīng)用的趨勢(shì)。目前國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，全固態(tài)紫外激光器已開(kāi)始成為工業(yè)用標(biāo)準(zhǔn)激光器。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道：日本 M.Nishioka公司已研發(fā)出40W的266nm全固態(tài)紫外激光器；三菱公司也在市場(chǎng)上推出了18W 355nm 25kHz全固態(tài)紫外激光器產(chǎn)品；另外相干公司的AVIV系列激光器已做到在266nm,30kHz時(shí)，平均功率大于3W，在355nm,40kHz時(shí)，平均功率大于10W；光譜物理公司的YHP-series系列激光器也達(dá)到在266nm,20kHz時(shí)，平均功率大于1.5W，在355nm,20kHz時(shí)，平均功率大于3.5W； Lightwave electronics公司所推出的 Q301-SM激光器也達(dá)到了在355nm,10kHz時(shí)，平均功率大于10W的技術(shù)指標(biāo)?？傮w來(lái)說(shuō)，國(guó)外全固態(tài)紫外激光器技術(shù)及應(yīng)用設(shè)備已趨向成熟，但價(jià)格昂貴。
二、國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展
全固態(tài)激光器的發(fā)展方向大體為：輸出功率為微/小/中型的器件將沿著多樣化、智能化、產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展，大功率器件將向高平均功率/高光束質(zhì)量發(fā)展，而戰(zhàn)略性應(yīng)用的高能全固態(tài)激光器將得到特別加強(qiáng)從而開(kāi)發(fā)出更多新技術(shù)，如目前正待發(fā)展的熱容運(yùn)轉(zhuǎn)技術(shù)和功率合成技術(shù)。
目前，國(guó)內(nèi)大功率全固態(tài)激光器研究水平最高的代表為中科院物理所，已研制出大功率全固態(tài)激光、全固態(tài)寬調(diào)諧飛秒激光器、深紫外至中紅外全固態(tài)激光器。并用自行研制的全固態(tài)高功率紅、綠、藍(lán)三基色激光器為光源，于2002年在國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)全固態(tài)激光全色顯示，2003年實(shí)現(xiàn)60前投和背投原理性演示樣機(jī)， 2005年成功研制出60激光家庭影院、84及140大屏幕激光顯示樣機(jī)。先后參加了863“十五”重大成果展、科技創(chuàng)新展和上海國(guó)際工業(yè)博覽會(huì)，獲得博覽會(huì)的科技創(chuàng)新獎(jiǎng)。而我國(guó)對(duì)全固態(tài)紫外激光技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的研究尚處在起步階段。
國(guó)科激光與多年從事全固態(tài)激光器研究的中科院物理所合作，對(duì)該所在國(guó)家973項(xiàng)目、863項(xiàng)目和中科院重大項(xiàng)目等支持下的，并通過(guò)863驗(yàn)收、中科院院級(jí)成果鑒定的CW紅光全固態(tài)激光器（國(guó)際領(lǐng)先）、多波段寬調(diào)諧全固態(tài)激光器（國(guó)際首創(chuàng)）、CW綠光全固態(tài)激光器（國(guó)內(nèi)首創(chuàng)，國(guó)際先進(jìn)）、QCW高光束質(zhì)量全固態(tài)激光器（國(guó)內(nèi)領(lǐng)先）等科研成果進(jìn)行接產(chǎn)。還與該所合作完成全固態(tài)高功率紅、綠、藍(lán)三基色激光器，紫外全固態(tài)激光器，高光束質(zhì)量、高功率QCW全固態(tài)激光器等項(xiàng)目，并研制成功國(guó)內(nèi)第一臺(tái)可調(diào)諧摻鈦藍(lán)寶石激光器。
中國(guó)科學(xué)院和中國(guó)工程物理研究院從20世紀(jì)80年代開(kāi)始聯(lián)合攻關(guān)，承擔(dān)了“神光”系列激光系統(tǒng)的研制和ICF物理實(shí)驗(yàn)，取得了國(guó)際矚目的成就。其中，“神光-Ⅰ”激光裝置于1986年建成，達(dá)到國(guó)際同類(lèi)裝置的先進(jìn)水平?！吧窆?Ⅰ”連續(xù)運(yùn)行8年，在ICF和X射線激光等前沿領(lǐng)域取得了一批國(guó)際一流水平的物理成果。90年代又研制小型的“星光II”激光裝置和“神光-Ⅱ”激光裝置現(xiàn)已投入運(yùn)行，總體技術(shù)性能進(jìn)入世界前五位。 1995年，ICF在國(guó)家863計(jì)劃中立項(xiàng)為“慣性約束聚變”主題，在中國(guó)工程物理研究院開(kāi)始研制“神光-Ⅲ”激光裝置。
盡管“神光III”激光裝置的規(guī)模比美國(guó)目前在建的NIF要小許多，但“神光III”的建設(shè)集中了當(dāng)前國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的光學(xué)、激光、精密機(jī)械及計(jì)算機(jī)控制等系統(tǒng)為一體的綜合性高科技工程項(xiàng)目。國(guó)科激光與中國(guó)工程物理研究院合作為“神光III”激光裝置研制預(yù)放系統(tǒng)。
目前，在國(guó)內(nèi)，國(guó)科激光屬于具有很好的研究基礎(chǔ)和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)，是國(guó)內(nèi)知名的高新技術(shù)型企業(yè)，已成功的掌握了大功率全固態(tài)激光器的核心制造技術(shù)，并制定了全固態(tài)激光器的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，將此技術(shù)向產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展，必然會(huì)給激光技術(shù)的應(yīng)用帶來(lái)革命性的變革。
三、市場(chǎng)發(fā)展前景
目前，美國(guó)、日本、德國(guó)等國(guó)家在制造業(yè)，如電子、醫(yī)療、汽車(chē)、航空、航天、等領(lǐng)域已基本完成傳統(tǒng)工藝的更新?lián)Q代，步入“光加工”時(shí)代。近年來(lái)由于半導(dǎo)體激光的迅速發(fā)展，使半導(dǎo)體激光泵浦的全固態(tài)激光器加工設(shè)備所占的市場(chǎng)份額越來(lái)越大。德國(guó)Rofin激光公司所銷(xiāo)售的激光加工設(shè)備中60%已是全固態(tài)激光器。
根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，國(guó)外全固態(tài)激光器產(chǎn)業(yè)2004年銷(xiāo)售額已達(dá)近百億美元，其中產(chǎn)品銷(xiāo)售額的29%用于激光標(biāo)記，15%用于激光微加工。全球全固態(tài)激光器加工系統(tǒng)年增長(zhǎng)率約為23%，而全固態(tài)激光器是激光器加工系統(tǒng)的核心部件，市場(chǎng)需求也將同步增長(zhǎng)，其年需求增長(zhǎng)率將達(dá)到20%以上。因此，全固態(tài)激光器的發(fā)展趨勢(shì)很好，市場(chǎng)前景非常廣闊。
據(jù)《Laser Focus》雜志和《Laser Report》雜志的預(yù)測(cè)，目前全世界全固態(tài)激光器的需求量至 2008年可達(dá)到20萬(wàn)臺(tái)。這一需求量每年以20%以上的速度增加，每年實(shí)際的市場(chǎng)銷(xiāo)售達(dá)到市場(chǎng)容量的90％，其中對(duì)大功率全色激光器的需求將是一個(gè)大的增長(zhǎng)點(diǎn)。
近年來(lái)中國(guó)激光市場(chǎng)呈現(xiàn)出穩(wěn)定、高速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。自1999-2005年，中國(guó)激光產(chǎn)品市場(chǎng)銷(xiāo)售情況分別為：14.13億、 19.11億、32.4億、28.62億、36.89億、42.32億、47.75億元人民幣。在整個(gè)中國(guó)的激光產(chǎn)業(yè)中，激光材料加工近幾年的發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁，且有很大的空間，激光加工在中國(guó)激光產(chǎn)業(yè)中占的比例也是日益重大。在看到行業(yè)迅猛發(fā)展的同時(shí)，我們還應(yīng)該看到我國(guó)激光產(chǎn)業(yè)起步晚、基礎(chǔ)薄弱，與世界領(lǐng)先國(guó)家的差距還很大。例如：與國(guó)際上激光加工系統(tǒng)相比，我國(guó)的激光加工系統(tǒng)差距甚大，僅占全球銷(xiāo)售額的2%左右。主要表現(xiàn)為：高檔激光加工系統(tǒng)很少，甚至沒(méi)有；主力激光器不過(guò)關(guān)；微細(xì)激光加工裝備缺口較大。這些領(lǐng)域我國(guó)的生產(chǎn)企業(yè)正在積蓄力量穩(wěn)步進(jìn)入，國(guó)內(nèi)應(yīng)用市場(chǎng)有很大發(fā)展空間。
側(cè)面泵浦全固態(tài)激光器可以單獨(dú)作為1064nm激光器使用或是作為核心器件普遍被應(yīng)用在激光打標(biāo)機(jī)、激光劃片機(jī)、激光內(nèi)雕機(jī)及其它應(yīng)用系統(tǒng)中。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前國(guó)內(nèi)僅打標(biāo)機(jī)及雕刻機(jī)的生產(chǎn)廠家就達(dá)100多家，年生產(chǎn)能力達(dá)到2000～5000套。應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)固體激光器需求量應(yīng)在4000套以上，總銷(xiāo)售額將達(dá)2 億元以上。由于全固態(tài)激光器具有高穩(wěn)定性、高功率、壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，其中約有60%將采用全固態(tài)激光器，其年需求量應(yīng)在2000～3000套。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)主要集中在深圳、北京、上海、武漢、天津等激光加工產(chǎn)業(yè)比較發(fā)達(dá)的大中城市及其周邊地區(qū)。根據(jù)上述全固態(tài)激光器的年需求量約在3000套左右。
藍(lán)、綠DPL當(dāng)前國(guó)際市場(chǎng)商品價(jià)格約1萬(wàn)美元/W，如CW（連續(xù)）532 nm器件，10W價(jià)格為10萬(wàn)美元，5W約5萬(wàn)美元，藍(lán)、綠光的國(guó)際需求很大， Laser Focus World雜志預(yù)計(jì)為20億美元/a。
紫外355nm DPL 目前國(guó)際市場(chǎng)價(jià)格約為2萬(wàn)美元/W，并且，目前中大功率的全固態(tài)紫外激光器的市場(chǎng)份額全部被國(guó)外占據(jù)，建立自主全固態(tài)紫外激光產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)迫在眉睫。
目前，國(guó)內(nèi)對(duì)半導(dǎo)體激光列陣單光纖耦合模塊及其應(yīng)用系統(tǒng)的研究尚處在初級(jí)階段，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)主要是被進(jìn)口產(chǎn)品所占領(lǐng)。由于近年國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體激光列陣單光纖耦合模塊隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求量保持強(qiáng)勁的上升狀態(tài)，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求量較大，市場(chǎng)前景廣闊。
據(jù)中國(guó)光學(xué)光電子行業(yè)協(xié)會(huì)(COEMA)激光分會(huì)的統(tǒng)計(jì), 2002年全國(guó)激光加工系統(tǒng)設(shè)備產(chǎn)值首次突破10億元,達(dá)到10.355億元,比2001年增長(zhǎng)65%。2002年全球激光加工市場(chǎng)銷(xiāo)售額為29.9億美元（約260億人民幣）,兩者相比,中國(guó)約占1/26。工業(yè)激光加工設(shè)備首先在中國(guó)國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)、較活躍地區(qū)獲得快速應(yīng)用。例如，在廣東省于2002年底約有1500多臺(tái)CO2和Nd:YAG激光打標(biāo)機(jī),用于PC鍵盤(pán)等其他元器件的加工；約有 100多臺(tái)激光劃片機(jī)用于太陽(yáng)能電池晶片和芯片的加工；例如,浙江省橋頭鎮(zhèn)用于衣服紐扣打標(biāo)的激光打標(biāo)機(jī)已有100多臺(tái),該小鎮(zhèn)生產(chǎn)的衣扣占全球衣扣市場(chǎng)的40％多。國(guó)內(nèi)激光打標(biāo)占國(guó)內(nèi)工業(yè)激光市場(chǎng)45.3％,并且主要應(yīng)用于輕工業(yè)品、小五金工業(yè)品等領(lǐng)域。這表明國(guó)內(nèi)激光打標(biāo)將要占領(lǐng)的應(yīng)用領(lǐng)域很大。
目前，國(guó)內(nèi)激光設(shè)備廠商主要以提供低端設(shè)備為主，激光器也以傳統(tǒng)的燈泵YAG固體激光器和低端的CO2激光器為主。各種激光加工設(shè)備中的很多關(guān)鍵器件都需要進(jìn)口。雖然中國(guó)激光技術(shù)研究一直處于世界前列，但是激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展確實(shí)與國(guó)際先進(jìn)水平的差距懸殊。例如，國(guó)際上汽車(chē)制造業(yè)中的激光應(yīng)用早已非常普遍，而國(guó)內(nèi)所有的汽車(chē)生產(chǎn)線都是采用國(guó)外的激光加工設(shè)備。
目前，半導(dǎo)體器件制作單位對(duì)紫外劃片機(jī)顯示出強(qiáng)烈的需求愿望，但進(jìn)口價(jià)格昂貴，且售后服務(wù)不盡人意，時(shí)間無(wú)法保證。作為激光加工產(chǎn)品對(duì)可靠性要求很高，若產(chǎn)生故障沒(méi)有3個(gè)月是無(wú)法修復(fù)的，而國(guó)外公司對(duì)這類(lèi)激光器技術(shù)是絕對(duì)保密的，絕不可能將維修放在國(guó)內(nèi)。激光劃片機(jī)市場(chǎng)需求量按目前市場(chǎng)估算，一般傳統(tǒng)激光劃片機(jī)銷(xiāo)量為100臺(tái)/a，其中將有60%為基頻高光束質(zhì)量全固態(tài)激光器或紫外全固態(tài)激光器所替代。因此，盡快研制開(kāi)發(fā)出自己的高性能全固態(tài)紫外激光器及劃片機(jī)產(chǎn)品，特別是將其盡快產(chǎn)業(yè)化，并帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)技術(shù)跨越，進(jìn)入高端領(lǐng)域，這無(wú)論從技術(shù)創(chuàng)新上來(lái)說(shuō)，還是從提高產(chǎn)品檔次，擴(kuò)展出口品種，占領(lǐng)國(guó)際市場(chǎng)方面來(lái)說(shuō)，都有重要的意義。
國(guó)內(nèi)激光加工應(yīng)用市場(chǎng)巨大，而這個(gè)市場(chǎng)自加入WTO以來(lái)，正在迅速形成的“全球制造基地” 而獲得快速增長(zhǎng)。國(guó)內(nèi)外投資者和激光業(yè)者正在搶占這一市場(chǎng)。因此，國(guó)內(nèi)的激光加工應(yīng)用市場(chǎng)將迅速增長(zhǎng)，激光加工技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)加速實(shí)現(xiàn)。國(guó)內(nèi)從事全固態(tài)激光器和激光加工技術(shù)系統(tǒng)研發(fā)、生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)的企業(yè)正面臨極好機(jī)遇和挑戰(zhàn)。
但目前國(guó)內(nèi)激光加工設(shè)備制造所用的全固態(tài)激光基本依靠進(jìn)口，購(gòu)買(mǎi)價(jià)格昂貴且售后服務(wù)滯后，使工業(yè)化應(yīng)用受到很大制約，嚴(yán)重地影響了我國(guó)激光加工制造業(yè)的快速發(fā)展，成為制約我國(guó)激光加工行業(yè)的瓶徑之一?，F(xiàn)階段，我國(guó)激光技術(shù)的發(fā)展正處于一個(gè)關(guān)鍵的抉擇時(shí)刻，將對(duì)我國(guó)今后激光技術(shù)和激光產(chǎn)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略性影響。為了促進(jìn)全固態(tài)激光器及應(yīng)用系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化和制造水平的發(fā)展，提升我國(guó)激光技術(shù)水平和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，滿足國(guó)內(nèi)對(duì)可靠穩(wěn)定的激光技術(shù)和器件的急切需求，在“十一五”期間，有必要加強(qiáng)在全固態(tài)激光器及應(yīng)用系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)再創(chuàng)新，以全固態(tài)激光器件的產(chǎn)業(yè)化為起點(diǎn)，提高全固態(tài)激光器件的穩(wěn)定性和可靠性，滿足國(guó)家在制造業(yè)、醫(yī)學(xué)、科研、國(guó)防等的需求，打造擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的品牌全固態(tài)激光器及應(yīng)用系統(tǒng)；解決工程化關(guān)鍵技術(shù)與共性技術(shù)，推動(dòng)激光技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，根據(jù)市場(chǎng)需要研究和開(kāi)發(fā)，全固態(tài)激光器及應(yīng)用系統(tǒng)新產(chǎn)品，努力創(chuàng)造中國(guó)名牌產(chǎn)品，為我國(guó)激光應(yīng)用領(lǐng)域，提供穩(wěn)定、可靠的全固態(tài)激光器及應(yīng)用系統(tǒng)。
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