在過去很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，超快激光器一直是激光器市場(chǎng)中一個(gè)“沉睡的角落”，它們的存在是為了滿足一些奇特的研發(fā)應(yīng)用。然而現(xiàn)如今，不但很多激光器供應(yīng)商都生產(chǎn)超快激光器，而且其中很大一部分供應(yīng)商還生產(chǎn)超快光纖激光器，其中有兩家甚至還有超快薄片激光器。這個(gè)“沉睡的角落”到底發(fā)生了什么呢？


        新技術(shù)要求我們對(duì)超快激光器做出精確定義。在脈沖壓縮技術(shù)出現(xiàn)之前，皮秒激光器曾經(jīng)被視為超快的極限，并且現(xiàn)在人們也認(rèn)為它們比飛秒激光器更適合許多材料的微加工。我們對(duì)于超快的定義既包括皮秒激光器也包括飛秒激光器。


        多年來，超快激光器一直局限于科研應(yīng)用。如果激光器是人們最后才使用的工具，那么超快激光器就是所有激光器中的最后選擇。換句話說，如果能夠更加容易而且廉價(jià)地達(dá)到工作目的，用戶就不會(huì)選擇使用激光器。如果需要使用激光器作為工具，連續(xù)波或Q開關(guān)激光器通常要比超快激光器易于操作，且成本低廉。

 

 

        然而，如果把超快激光器比作精密的手術(shù)刀，那么其他激光器就像粗糙不平的鋸子。超快激光器可以完美地在材料中形成非常干凈的切口，而且熱損傷很小，甚至沒有熱損傷。被加工的材料可以是微流體器件、光刻半導(dǎo)體器件、人體組織以及炸藥等等。超快激光器之所以能實(shí)現(xiàn)如此完美的加工效果，原因是超快脈沖能夠非常迅速地供給能量。它可以在產(chǎn)生的熱量耗散掉之前使材料汽化或者啟動(dòng)多光子過程。因此它可以實(shí)現(xiàn)無熱過程，或者至少是熱損傷最小的過程。但是對(duì)于大多數(shù)激光加工(laser oem)應(yīng)用來說，這未免有些過于精密了。


        超快脈沖還能非常高效地產(chǎn)生非線性效應(yīng)，比如波長(zhǎng)變換和多光子吸收，可用于晶圓檢測(cè)和生物醫(yī)學(xué)成像。它們也可用于觀察光譜和粒子物理研究中的時(shí)間分辨現(xiàn)象，同時(shí)也能為計(jì)量學(xué)提供非常穩(wěn)定的高頻脈沖序列。

        超快光纖激光器的定義


        幾十年前最初的超快激光器是染料激光器和固體激光器(solid laser)。20世紀(jì)90年代初，在短短的幾年內(nèi)，摻鈦藍(lán)寶石激光器和光纖激光器實(shí)現(xiàn)了商品化。多年來，摻鈦藍(lán)寶石激光器一直在超快激光器市場(chǎng)中占據(jù)主導(dǎo)地位，并將繼續(xù)保持其在極高峰值功率和極短脈寬方面的支配地位。隨著技術(shù)的進(jìn)步，光纖激光器也已經(jīng)非常適合許多更為主流的超快應(yīng)用。它們具有光纖激光器的共同優(yōu)點(diǎn)：緊湊堅(jiān)固的設(shè)計(jì)、低廉的維護(hù)成本以及始終如一的高光束質(zhì)量。


        然而，在超快領(lǐng)域里很難精確地定義光纖激光器。例如，相干公司去年5月在Taliske舉行的2008年CLEO會(huì)議上宣布了一款新型超快激光器，其特征是用一個(gè)光纖振蕩器作為固體放大器的種子。去年，Newport公司也發(fā)布了一款名為 Pantera的新型超快激光器，其特征是用一個(gè)固體振蕩器作為光纖放大器的種子。而IMRA公司和其他供應(yīng)商銷售的激光器則為全光纖設(shè)計(jì)。還有一些公司同時(shí)銷售這兩種類型的光纖激光器。


        超快激光器銷售的方式也是五花八門。一些頭腦靈活的研究人員可以購(gòu)買一些激光器模塊，例如振蕩器、泵浦激光器，以及放大器或光學(xué)參量放大器（OPA），然后自己組裝成超快系統(tǒng)；當(dāng)然，也有人會(huì)購(gòu)買定制的一體機(jī)。也有超快激光器供應(yīng)商會(huì)外購(gòu)相關(guān)的模塊，而有些供應(yīng)商則更愿意自己生產(chǎn)模塊。


        瑞士Time-Bandwidth Products公司和Trumpf公司分別于近期發(fā)布了一些超快薄片激光器。這些產(chǎn)品的平均功率高達(dá)50W。


        根據(jù)我們的統(tǒng)計(jì)，目前市場(chǎng)上有37家公司都生產(chǎn)同一款超快激光器。各個(gè)廠商之間相互競(jìng)爭(zhēng)，以獲得更大的市場(chǎng)份額；同時(shí)這些廠商又聯(lián)合起來，同激光器以外的解決方案相抗衡，無論是在機(jī)械鉆頭、外科手術(shù)鋸還是在紫外燈領(lǐng)域。如果超快市場(chǎng)增長(zhǎng)足夠快的話，每個(gè)供應(yīng)商都會(huì)從中受益。實(shí)際情況通常是，每個(gè)供應(yīng)商都能找一個(gè)自己最擅長(zhǎng)的領(lǐng)域，從而導(dǎo)致市場(chǎng)重新分割。


        超快激光器應(yīng)用的一個(gè)典型例子是：IMRA公司和德國(guó)Carl Zeiss Meditec公司合作開發(fā)了一款眼科工具，它用一臺(tái)超快激光器既作為激光角膜刀（取代了機(jī)械刀片），又充當(dāng)折射機(jī)構(gòu)（取代了準(zhǔn)分子激光器）。多年來 Meditec公司一直在努力進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)，并申請(qǐng)監(jiān)管部門的批準(zhǔn)，而最終還是IMRA公司在這方面做得非常好。IMRA公司的成功源自于與用戶長(zhǎng)期不懈的合作。在超快激光器市場(chǎng)，廠商不可能在短期內(nèi)獲得巨額利潤(rùn)。

        市場(chǎng)情況


        整個(gè)超快激光器市場(chǎng)規(guī)模適中：2007年大約2.6億美元，并且增長(zhǎng)速度健康平穩(wěn)，而不是爆發(fā)式增長(zhǎng)。光纖激光器通常被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)低成本超快激光器的最佳途徑。高脈沖能量的飛秒激光器售價(jià)約30萬美元，一些大工程動(dòng)輒耗資數(shù)千萬美元；相比之下，功率較低的超快光纖激光器和固體激光器(solid laser)有時(shí)的售價(jià)可以低到5萬美元以下。如果超快激光器的成本下降得足夠低，那么其市場(chǎng)就會(huì)迅速擴(kuò)大。


        然而，超快激光器并非是標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。它們之所以是用戶最后才會(huì)選擇的激光器，是因?yàn)槊恳粋€(gè)技術(shù)規(guī)格都需要成本。這意味著訂單的數(shù)量只是幾個(gè)或者最多幾十個(gè)，但是其利潤(rùn)是非常高的。誠(chéng)然，降低價(jià)格必將促使銷量上漲，但即使超快激光器是免費(fèi)的，它們也不會(huì)被用在大多數(shù)工業(yè)激光應(yīng)用中。


        當(dāng)然，超快激光器也填補(bǔ)了一些空白。它們能夠非常出色地完成很多工作，并且其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷拓展。事實(shí)上激光行業(yè)的成功在于：它始終服務(wù)于一小部分率先將新應(yīng)用推向市場(chǎng)的用戶，對(duì)于能夠做到這一點(diǎn)的激光器供應(yīng)商來說，未來幾年將商機(jī)無限。