在當今激光技術(shù)日新月異的時代，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)、科學研究、軍事應(yīng)用等多個領(lǐng)域展現(xiàn)出了獨特的魅力與優(yōu)勢。

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，導致激光能級粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，并通過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，無需復雜的冷卻系統(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。

光纖激光器的核心是光纖，這是一種柔韌、細如發(fā)絲的玻璃或塑料絲，以其以最小的損耗長距離引導光的能力而聞名。該光纖充當激光器的有源增益介質(zhì)，是激光器運行的核心。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行所需的能態(tài)，使光纖不僅可以引導光，還可以放大光。

固體激光器（Solid-State Laser, SSL）以其獨特的增益介質(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現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生激光。冷卻系統(tǒng)則負責帶走增益介質(zhì)內(nèi)部因激光產(chǎn)生而積累的熱量，確保激光器穩(wěn)定運行。光學諧振腔則通過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，這要歸功于光纖電纜的性質(zhì)，它可以以最小的損耗傳導光。此功能使光纖激光器具有令人難以置信的能源效率，通�？梢詫崿F(xiàn)超過 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度燈進行泵浦。

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)激光器并非沒有其優(yōu)勢。它們擁有強大的功率縮放功能，非常適合高功率應(yīng)用。固態(tài)激光器可以設(shè)計為通過增加增益介質(zhì)的尺寸和泵浦功率來產(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，這對于光纖激光器來說并不那么簡單。

④穩(wěn)定性

光纖激光器的穩(wěn)定性高。其光纖結(jié)構(gòu)對環(huán)境的變化（如溫度、濕度、振動等）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，光纖激光器采用固態(tài)結(jié)構(gòu)且不含自由空間光學組件，因此被認為更耐用且能適應(yīng)環(huán)境變化。

固體激光器的穩(wěn)定性相對較差，環(huán)境因素的變化可能會對其性能產(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，因此可以長時間穩(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困難，在高功率運行時容易出現(xiàn)熱效應(yīng)問題，影響激光器的性能和壽命。

⑥尺寸與維護成本

光纖激光器非常緊湊并且?guī)缀鯚o需維護。光纖的小尺寸和沒有外鏡大大減少了與固態(tài)激光器相關(guān)的對準問題。此外，光纖出色的散熱能力通常無需主動冷卻，從而進一步減少維護需求。同時，光纖激光器通常操作起來更安全，因為激光被限制在光纖內(nèi)，從而降低了意外暴露的風險。

固態(tài)激光器中鏡子的對準對其運行至關(guān)重要，需要定期檢查和調(diào)整，從而增加了維護工作量。此外，固態(tài)激光器通常需要主動冷卻來管理增益介質(zhì)中產(chǎn)生的熱量，這不僅增加了系統(tǒng)的復雜性，而且增加了維護需求。固態(tài)激光器往往比光纖激光器體積更大。對大增益中鏡和外鏡的需求增加了它們的尺寸和重量，限制了它們在空間有限的應(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)、免維護的設(shè)計，大大降低了使用成本和維護難度。同時，光纖激光器對惡劣工作環(huán)境的高容忍度，如灰塵、震蕩、濕度等，也使其在各類工業(yè)現(xiàn)場中表現(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激光輸出（如綠光、紫外光）在超精超微加工領(lǐng)域獨樹一幟。在金屬/非金屬材料打標、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（紫外、深紫外）、短脈寬（皮秒、飛秒）、高峰值功率的特點被主要應(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)域的前沿科學研究。

三、市場占有率

我國正處于制造業(yè)從中低端制造向高端制造轉(zhuǎn)型升級的過程，中低端制造占比高，宏觀加工市場同時覆蓋中低端制造和部分高端制造，市場需求大，因此，光纖激光器的市場容量較大。

國內(nèi)中低功率光纖激光器國產(chǎn)化程度高，國內(nèi)規(guī)�；�生產(chǎn)廠商眾多。根據(jù)《中國激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告》顯示，小功率光纖激光器已全面實現(xiàn)國產(chǎn)替代；中功率連續(xù)光纖激光器方面，國產(chǎn)品質(zhì)與其沒有明顯劣勢，價格優(yōu)勢明顯，市場份額相當；高功率連續(xù)光纖激光器方面，國產(chǎn)品牌已實現(xiàn)部分銷售。

至于固體激光器，由于國內(nèi)發(fā)展較晚，目前還沒有以該產(chǎn)品為主要業(yè)務(wù)的上市公司，一般是購買國外品牌。

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

總的來講，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)域不存在直接競爭關(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)�加工要求高且對成本不敏感的場景采用固體激光器。此外，二者競爭重合度低，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)域用于對精度要求高且對成本相對不敏感的場景。

參考文獻：

1.固體激光器和光纖激光器比較指南：了解它們的獨特特性、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：愛蛙科技

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