光纤取代CO2激光器情况调研分析

    全球激光加工市场统计数据告诉我们，激光加工销售金额最多，对激光器的输出功率、光束质量要求最高的市场——激光切割平板金属，仍然被轴向流动CO2激光垄断。这个市场灯泵激光器的销售金额远比DPL激光、光纤激光高，轴流CO2气体激光器和灯泵固体激光器仍然是高功率、高端激光加工应用的主流激光器。光纤激光器连灯泵激光器都不能取代，更取代不了CO2激光器了。
    一、在激光加工应用中，单模高功率固体激光理论上将取代轴流CO2激光
    单模固体激光器的波长1.06微米比CO2激光器10.6微米小了10倍，如果一台1000瓦固体激光器和1000CO2激光器同是单模，会聚光斑直径相同时，固体激光的束散角比CO2激光小10倍，固体激光的瑞利长度r 要比CO2激光的长10倍。切割同样材料的钢板，固体激光器的锥度要好，而且切割深度更深。如果固体激光选择会聚光斑直径比CO2激光小一倍，瑞利长度比CO2激光长五倍，功率密度增加4倍，这样无论在切割锥度、速度和深度上都应该远优于CO2激光器。
    再来考虑美国波音公司的机载激光武器，它使用的是氧碘激光器，功率2兆瓦，发射天线直径1500毫米，目标摧毁400公里外的起飞段的弹道导弹。我们可以推导出下面的公式：
    p=1.27*P0*（ D0）2/(d0*α）2 /L2
    公式中，d0激光束的束腰直径，α是激光束的发射全角，P0激光输出功率；D0发射物镜有效通光孔径，L是物镜到会聚点的成像距离，d是会聚光斑直径。p是会聚光斑的功率密度，单位瓦/（平方厘米）2。
    下面我们分别计算单模氧碘激光器（波长1.315微米）、固体激光器（波长1.06微米）、CO2激光器（波长10.6微米）在100公里处的会聚光斑直径和2兆瓦单模激光功率密度：
    氧碘激光：直径110毫米，功率密度2.1万瓦/平方厘米；
    固体激光：90毫米，功率密度3.1万瓦/平方厘米；
    CO2激光：900毫米，功率密度310瓦/平方厘米。