激光器可以根據(jù)工作物質(zhì)、輸出波長、功率大小和輸出波形進行劃分。根據(jù)輸出波形，可將激光器分為連續(xù)激光器、準連續(xù)激光器以及脈沖激光器。

連續(xù)激光器：以多模連續(xù)光纖激光器為代表，占據(jù)了當前工業(yè)市場的大部分份額，其特點是連續(xù)輸出穩(wěn)定波形，常應(yīng)用于激 光切割、激光焊接以及激光熔覆；

準連續(xù)激光器：又稱長脈沖，其特點是介于連續(xù)激光器和脈沖激光器之間，具有比連續(xù)光高十倍以上的峰值功率，可在一定周期內(nèi)重復(fù)輸出比較高能量的激光，常應(yīng)用于激光鉆孔及熱處理；

脈沖激光器：以脈沖形式輸出能量，根據(jù)脈沖寬度，脈沖激光器可進一步分為毫秒激光器、微秒激光器、納秒激光器、皮秒 激光器及飛秒激光器等，其特點是加工精度高，且脈寬越窄，加工精度越高，常應(yīng)用于激光標刻、非金屬材料加工、醫(yī)療及 航空航天等。

超快激光器是指輸出激光的脈沖寬度在皮秒（10^-12）級別、或小于皮秒級別的脈沖激光器。

超快激光器復(fù)合增速遠高于激光器整體增速

2019年全球激光器產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模：2019年全球激光器銷售額為147.3億美元，相比2018年的137.6億 美元銷售額同比增長9.9個百分點。中美貿(mào)易戰(zhàn)得到一定程度緩和，激光產(chǎn)品進出口表現(xiàn)出復(fù)出跡象。2019年激光器在科研和軍事市場持續(xù)擴張，增長率達到21%以上。

中國激光產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模：2019年中國激光器市場雖然有所增長但與前兩年相比增速開始放緩。工業(yè)、信息、商業(yè)、醫(yī)學(xué)和科研領(lǐng)域的激光設(shè)備市場銷售總收入為658億元，較2018年同比增長了8.8個百分點。

超快激光器成為近年來激光市場上最突出的增長點，2015-2019年復(fù)合增速為70.5%，而全球激光器市場2015-2019年復(fù)合增速僅為11%。2019年國內(nèi)從事超快激光器研發(fā)生產(chǎn)的企業(yè)超過25家，2019年市 場空間達到24.5億元，已成長為相當于國內(nèi)光纖激光器收入體量30%的市場。

超快激光器核心優(yōu)勢：真正意義上的冷加工，加工精度卓越

傳統(tǒng)激光加工處理：起源于入射光子-受激電子-聲子轉(zhuǎn)化而成的熱能，材料通過固態(tài)-液態(tài)-氣態(tài)的三相熱熔過程得到逐步去除，并且其中的熱擴散過程會影響加工處理的質(zhì)量。

熱擴散對激光加工的影響：

從作用區(qū)域內(nèi)不斷地抽取其中的能量，降低了激光加工效率；

降低了激光聚焦點的溫度，使得該點溫度無法遠大于材料的熔點溫度，而僅處于熔融狀態(tài)；

降低了激光微加工的精確度；

影響到環(huán)繞工作點附近的一大片區(qū)域，造成機械應(yīng)力；

有時會造成表面沖擊波的形成，損壞周圍的材料結(jié)構(gòu)。

超快激光加工處理：激光與物質(zhì)的作用實際上被“凍結(jié)”在電子受激吸收和儲存能量的過程，在根本上避免了能量的轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化以及熱能的存在和熱擴散造成的影響。

超快激光作用時間有效縮短, 也使因熱傳導(dǎo)作用而影響的熱效應(yīng)體積減小了很多。這不僅極大地提高了加工的精度, 同時也 實現(xiàn)了真正意義上的“冷”加工。

超快激光器：CPA技術(shù)——超快激光發(fā)展里程碑

1960年，第一臺激光器--紅寶石激光器問世為超快過程的研究打開了門戶，隨后調(diào)Q技術(shù)、鎖模技術(shù)以及啁啾CPA壓縮技 術(shù)的出現(xiàn)，使得超快過程經(jīng)歷并實現(xiàn)了納秒(1ns=10-9s)、皮秒(1ps=10-12s)、飛秒(1fs=10-15s)和阿秒(1as=10-18s)的發(fā)展過程。

調(diào)Q技術(shù)：是指調(diào)節(jié)激光器的Q值的技術(shù)。在激光器泵浦的初期，把諧振腔的Q值調(diào)得很低，使激光器暫時不滿足振蕩條件，在泵浦脈沖的激勵下獲得很高的粒子數(shù)密度時，再迅速調(diào)大諧振腔的Q值，此時反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度遠大于閾值反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度，激光振蕩迅速建立并達到很高的峰值功率，同時反轉(zhuǎn)粒子數(shù)迅速被耗盡，脈沖很快結(jié)束，這樣就獲得了具有窄脈沖寬度和大峰值功率的激光脈沖。利用調(diào)Q技術(shù)能夠建立納秒脈沖的輸出。

鎖模技術(shù)：是激光器產(chǎn)生超短脈沖的重要技術(shù)。激光器光腔內(nèi)存在多種模式的激光脈沖，當這些模式相互間的相位實現(xiàn)相長干涉時才產(chǎn)生激光超短脈沖或稱鎖模脈沖輸出。鎖模一般分為兩類：一類是主動鎖模，另一類是被動鎖模。前者是從外部向激光器輸入信號周期性地調(diào)制激光器的增益或損耗，達到鎖模；后者則采用飽和吸收器(例如一片薄的半導(dǎo)體膜)，利用其非線性吸收達到鎖定相對相位，產(chǎn)生超短脈沖輸出。

通過調(diào)Q和鎖模等超快激光技術(shù)已經(jīng)可以將激光脈沖從毫秒量級提高到納秒、皮秒量級。但是，直接放大激光脈沖的能量，進一步提高峰值功率遇到了難以逾越的瓶頸：（1）直接放大過程中，激光脈沖的超高峰值功率密度極易損壞放大器中增益介質(zhì)和其他透射式光學(xué)元器件；（2）直接放大的激光脈沖時間尺度太短，不利于高效吸收放大增益介質(zhì)中的全部能量。

啁啾脈沖放大技術(shù)誕生后，有效地解決了技術(shù)瓶頸，對激光科學(xué)產(chǎn)生了極具革命性的影響。

這一技術(shù)的原理大體上可以表述為：將一段短脈沖在時域上展寬，然后放大，再進行壓縮。當脈沖展寬時，功率的極值會變得非常低，因此，即便放大到很高的倍數(shù)，也不會燒毀放大器；然后，再在時域上對脈沖進行壓縮，可以極大增強脈沖的強度。使用這項技術(shù)后，脈沖可以 短到飛秒（10^-15秒）量級，功率可以達到太瓦（10^12瓦特）量級。通過這一技術(shù)，激光脈沖變得更短，強度變得更高。

正是這項技術(shù)的發(fā)明，使得超快、超強激光得到了快速發(fā)展。

超快激光器應(yīng)用領(lǐng)域1——脆性材料微加工

超快激光器的應(yīng)用范圍需要厘清，總結(jié)而言，其尤其適合脆性非金屬材料加工（由波長決定，超快一般為紫外等）以及金屬薄片加工（超快也會有紅外，目前成本較高）。

激光焊接：超快激光器使普通激光難以焊接的特殊材料，如玻璃、陶瓷等實現(xiàn)焊接技術(shù)革新和突破。

舉例：飛秒激光玻璃焊接：電子元器件之間的微連接為大難題，傳統(tǒng)的膠水粘合雖然可以實現(xiàn)多種材料之間的連接，但其易老化、熱解、易受熱膨脹等缺點使得產(chǎn)品的可靠性難以保證；普通長脈沖激光的能量不易被玻璃吸收而且熱膨脹易使玻璃碎 裂，并不適合微焊接玻璃等透明材料。超短脈沖激光與透明材料相互作用具有熱效應(yīng)小及非線性吸收的特點，非常適合透明材料的微焊接，其原理是將高強度的飛秒激光聚焦在兩塊透明玻璃材料的分界面處，界面處的玻璃經(jīng)歷熔化以及再凝結(jié)等過 程，最終使得兩塊玻璃牢固的結(jié)合在一起。

激光切割：激光切割：超快激光器不斷挑戰(zhàn)業(yè)界最高水準的切割效率，切割質(zhì)量優(yōu)于其他激光，滿足更多潛在行業(yè)的應(yīng)用需求。

舉例：全面屏切割：傳統(tǒng)切割方法的機械刀輪在異形切割時開始暴露出切割速度慢、精度低、存在較大毛邊損傷等問題，激光切割在上述方面優(yōu)勢明顯，但仍然存在一定熱影響，超快激光器的激光脈寬進一步縮短，可以使用更小的能量將玻璃切開，從而對玻璃損傷更小。其他切割：面板制造中OLED偏光片的切割、LED晶片切割等。

其他激光微加工：藍寶石和陶瓷是普遍應(yīng)用于微加工技術(shù)和精細加工的材料，然后由于其質(zhì)地堅硬，對熱敏感，傳統(tǒng)制造工藝很難完成，需要通過超快激光器進行微加工處理。

藍寶石凹槽銑削：藍寶石是地球上僅此于鉆石第二堅硬的材料，很難用機械的方法來加工，需要用激光 器來切割藍寶石。

陶瓷加工：陶瓷材料塑性變小、材料脆性大、易產(chǎn)生裂紋，擴展至脆性斷裂，所以在切削加工過程中會 造成崩豁現(xiàn)象，甚至于整個工件報廢。通過超快激光器可以完成陶瓷加工精細化處理，減少裂紋產(chǎn)生。

光伏電池圖案蝕刻：超快激光在光伏電池的制造中應(yīng)用空間廣闊。例如在CIGS薄膜電池的制造中，超快激光可替代原有的機械劃線工藝，顯著改善劃線質(zhì)量，尤其是對于P2、P3劃線環(huán)節(jié)，可以做到幾乎沒有崩邊現(xiàn)象，也沒有裂紋和殘余應(yīng)力。

飛秒激光金屬箔切割：飛秒激光切割機是指采用脈沖激光時間為飛秒段的超快激光，其加工特性在于對材料的熱影響小，與材料作用時間超短，在某些材料上低于材料分子間的布朗運動時間，因此熱影響超小，也就不會造成超薄金屬材料變形、產(chǎn)生毛刺、顆粒粉塵等。

激光金屬蝕刻，打標：相比普通激光器，超快激光器可以進行更精準的蝕刻及標記，更耐腐蝕。

激光表面處理：激光表面處理是一種燒蝕過程，在該過程中，材料表面吸收聚焦的激光能量來實現(xiàn)良好的修復(fù)、修飾效果。主要應(yīng)用包括去除金屬、玻璃和復(fù)合板上的油漆、粘合劑、氧化物、油污 和脫模等。

航空領(lǐng)域：

為提高渦輪葉片的性能和使用壽命，進而提高發(fā)動機的性能，需要采用氣膜冷卻技術(shù)，這對氣膜孔加工技術(shù)提 出了極高的要求，2018年西安光機所開發(fā)出國內(nèi)最高單 脈沖能量的26瓦工業(yè)級飛秒光纖激光器，并研制出系列 化超快激光極端制造裝備，實現(xiàn)了航空發(fā)動機渦輪葉片 氣膜孔的“冷加工”突破，填補了國內(nèi)空白，這種加工 方法較電火花加工等方法精度更高，成品率大大提升。

超快激光還可應(yīng)用于纖維增強復(fù)合材料的精密加工，加工精度的提升，有助于碳纖維等復(fù)合材料在航空航天等 高端領(lǐng)域的應(yīng)用拓展。

醫(yī)療領(lǐng)域：

飛秒激光視力矯正：在眾多的近視矯正術(shù)中，全飛秒激光手術(shù)已經(jīng)成為主流治療近視眼的方法，與傳統(tǒng)的準分子激光手術(shù)相比，全飛秒激光手術(shù)具有手術(shù)準確度高、無明顯疼痛感、術(shù)后視覺效果好等優(yōu)勢。

心臟支架切割：由于心臟支架壁管極薄，通常采用激光加工代替常規(guī)的機械加工。但是，使用普通激光通過燒蝕融化來加工，這樣加工的心臟支架存在毛刺多、切槽寬度不統(tǒng)一、表面燒蝕嚴重、筋寬不均勻等一系列問題。近年來，國外企業(yè)已經(jīng)開始采用飛秒激光進 行支架切割。

在醫(yī)療美容方面，超快激光可用于去除色素和原生痣、去除紋身等，也可以用來改善肌膚的衰老情況。

競爭格局：超快激光器國產(chǎn)化空間廣闊

超快激光器市場競爭格局：中國的超快激光器產(chǎn)業(yè)化起步較晚，目前市場多以外國激光器為主，國內(nèi)仍以納米紫外（不是真正意義上的超快）為主，但隨著超快激光市場需求的擴大，國內(nèi)激光技術(shù)的不斷突破與成熟，截止2019年底我國共有規(guī)模以 上超快激光器研發(fā)、生產(chǎn)企業(yè)25家。

國外超快激光器龍頭企業(yè)：

IPG光電：公司是最大的超快激光器系統(tǒng)生產(chǎn)商，經(jīng)過二十多年的發(fā)展逐步形成了光纖激光器上游產(chǎn)業(yè)鏈的垂直整合，如：增益光纖、半導(dǎo)體泵浦源、光纖元器件等，公司主營產(chǎn)品包括高、中、低功率連續(xù)激光器、脈沖激光器等。

Coherent（相干）：全世界最大、最全面的超快激光器系統(tǒng)生產(chǎn)商，于1970年在美國納斯達克市場上市，公司作為全球最大的激光儀器生產(chǎn)商，產(chǎn)品覆蓋科研、醫(yī)療、工業(yè)加工等多 個行業(yè)。

光譜物理：于1961年成立，是全球頂尖的激光器供應(yīng)商，具有50年制造經(jīng)驗，提供高質(zhì)量的超快激光器、大能量脈沖激光器、連續(xù)可調(diào)諧、超窄線寬激光器以及工業(yè)激光器。

德國通快：創(chuàng)立于1923年，工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域機床與激光器的市 場及技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者，全球領(lǐng)先的機床制造廠商之一，在機床、激光技術(shù)以及電子領(lǐng)域提供生產(chǎn)解決方案。

NKT光子：領(lǐng)先的高性能光纖激光器、光纖傳感系統(tǒng)和光子晶體光纖的供應(yīng)商，主要市場在成像、傳感和材料加工領(lǐng)域，主要產(chǎn)品包括超快激光器、超連續(xù)光譜白光激光器等。

國內(nèi)超快激光器主要企業(yè)：

大族激光：亞洲第一、世界領(lǐng)先的工業(yè)激光加工設(shè)備生產(chǎn)廠商。一直致力于推進皮秒和飛秒激光器的國產(chǎn)化，截止2019年底已實現(xiàn)100余臺超快激光器銷售。

銳科激光：公司是全球第三家研發(fā)光纖激光器并規(guī)模生產(chǎn)批量銷售的公司，公司已掌握光纖激光器及其核心器件和材料的關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了光纖激光器上游產(chǎn)業(yè)鏈的垂直整合，公司主營產(chǎn)品包括連續(xù)光纖激光器、脈沖光纖激光器等。

杰普特：成立于2006年，于2019年科創(chuàng)板上市，跨界MOPA激光器、固體激光器、超快激光器、光學(xué)檢測設(shè)備、激光加工設(shè)備的研發(fā)和生產(chǎn)。

華日激光：成立于2003年，是華工科技旗下的先進固體激光器專業(yè)制造商，在2014年收購了加拿Attodyne公司，開始涉足超快激光領(lǐng)域。目前華日激光已擁有三大研發(fā)中心，研發(fā)出納秒級－皮秒級－飛秒級等多種脈寬的超快激光器產(chǎn)品。

安揚激光：成立于2010年，主要從事高功率皮秒，飛秒光纖激光器和超連續(xù)譜光源的研發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用，已成功推出皮秒，飛秒脈沖光纖激光器和超連續(xù)譜激光器等系列產(chǎn)品。

卓鐳激光：成立于2014年是一家從事超快、超強激光器設(shè)計研發(fā)及生產(chǎn)制造的硬科技企業(yè)，自主研發(fā)的BLAZER系列工業(yè)級超快激光器實現(xiàn)進口替代，在國內(nèi)LCD全面屏切割領(lǐng)域市場占有率在行業(yè)前列。

貝林激光：成立于2007年，是國內(nèi)最早從事激光器研發(fā)的公司之一，致力于生產(chǎn)、研發(fā)、銷售各類工業(yè)級超快激光器。