激光的出現(xiàn)和應用被稱為人類使用工具的第三次飛躍?？v觀科技發(fā)展的歷史，能源獲取方式不斷更新，促進了科技文明等級的不斷提高。從燃燒木柴得到火源，到開發(fā)各種化石燃料獲得機械動能，直至依靠核能、元素衰變獲取能源，輸出電力，我們一直在探索和開發(fā)能量利用和儲備的新途徑。激光，作為全新的能量利用方式，被譽為“最快的刀”和“最準的尺”。大家也公認激光加工是“未來制造系統(tǒng)的共同加工手段”。與機械加工相比，激光加工面對的對象非常廣泛，幾乎沒有任何行業(yè)限制；過程完全可以采取非接觸的方式展開，符合新經(jīng)濟工廠微型化的大趨勢；產(chǎn)生的能耗極低，環(huán)保效益極高；加工速度快，可以同自動控制、智能生產(chǎn)完美結合。

　　激光器從誕生到現(xiàn)在，不過短短半個世紀時間。而激光技術確如人們所期，滲入了各行各業(yè)。不論是通信、測量、醫(yī)學、印刷，還是制造業(yè)、軍事、娛樂業(yè)、科研……并且，可以毫不夸張地說，在某些領域，它已成為不可替代的核心技術。例如，通訊領域中的光纜通訊，軍事中的制導、測距，計量中的長度基準，娛樂業(yè)中的信息存儲等。另一方面，激光器并不那么“好用”——效率低，例如燈泵浦固體激光器（泵浦源自英文“pump”，意為“抽取”，形容能量受到激勵，從低到高流動)的效率只有2%、故障多、穩(wěn)定性差、體積龐大、使用成本高。

　　光纖激光技術的成熟使得大功率光纖激光器從實驗室真正進入大規(guī)模工業(yè)應用的時代。早在上世紀60年代，美國科學家梅曼就成功制造出了首臺激光器，使激光正式步入實際應用的工業(yè)時代。長期以來，普通激光器的功率、效率以及性能難以得到大幅提升。在能源日益短缺的時代，大功率光纖激光器較高的電光轉換效率使其可以大幅度減少能耗，在節(jié)約資源等方面做出越來越多的貢獻。光纖激光器已經(jīng)或正在許多應用領域替代化學、氣體和普通固體激光器，對激光器市場產(chǎn)生了革命性的改變，也是未來激光器發(fā)展的必然趨勢，是“激光產(chǎn)業(yè)的新寵兒”，被譽為“第三代激光器”，具有廣闊的應用前景。

　　2015年，全球激光器產(chǎn)品（不含激光器系統(tǒng)）市場容量預期可達100億美金。其中，光纖激光器目前所占市場份額并不高，還不到工業(yè)用激光器的15%（2008年光纖激光器所占比例為7%），但增長迅猛。據(jù)美國權威雜志《工業(yè)激光解決方案》(Industrial Laser Solution)預測，其持續(xù)幾年的增長率都將在25%以上，到2025年有望占到整個工業(yè)用激光器市場份額的50％以上。未來“光加工”必將成為高端制造業(yè)的核心，光纖激光在微納加工領域必將扮演越來越重要的角色。

　　目前，節(jié)能環(huán)保、新能源利用是全球的主旋律。在這種大環(huán)境下，激光器技術如何走出環(huán)保節(jié)能的綠色之路，也是世界上所有激光專家所面臨的現(xiàn)實課題。其中，被稱為“第三代激光器”的光纖激光器脫穎而出，特別是摻雜各類稀土的光纖激光器，在光纖通信、光纖傳感、激光材料處理等領域獲得了廣泛的應用，成為最受關注的新興技術。與傳統(tǒng)各類激光器（包括氣體激光器、半導體泵浦固體激光器和燈泵浦固體激光器等）相比，光纖激光器的優(yōu)點非常突出，具體包括：

　　節(jié)能省電，低制冷，環(huán)保效益高

　　高功率光纖激光器電光轉換效率高，整機系統(tǒng)的效率可達30%，其效率是燈泵浦固體激光器的15倍，二氧化碳氣體激光器的6倍，半導體泵浦固體激光器的2倍。在激光精密加工行業(yè)，2008年全國激光系統(tǒng)銷售量約為2萬套，其中高功率光纖激光器占10%。以每臺激光器平均功耗500瓦，開機率50%計算，2008年全年銷售的各類激光器的一年總用電量約為4千3百萬度電。如果高功率光纖激光器占有率增加到50%，那么一年銷售的光纖激光器在全年耗電量方面直接節(jié)約工業(yè)用電約2千萬度電。這幾乎等同于中國2009年在甘肅敦煌西部招標籌建的全國最大的太陽能發(fā)電站一年的發(fā)電量，該太陽能電站規(guī)模10兆瓦，總投資超過5億元。中國目前工業(yè)用激光加工系統(tǒng)有超過20萬套，如果半數(shù)（主要是燈泵或者半導體泵浦固體激光器）替代為高功率光纖激光器，那么所能節(jié)約的耗電量更是驚人。

　　傳統(tǒng)激光器中增益介質(zhì)通常情況下必須采用水制冷，一方面是保護增益介質(zhì)避免受到熱損傷，另一方面是確保激光腔的穩(wěn)定性，消除所謂“熱透鏡”效應。而光纖激光器采用光纖做增益介質(zhì)，具有很大的表面積/體積比，這使其具有非常好的散熱性能。同時，封閉的全光纖結構保證了激光腔的穩(wěn)定性。正因為光纖激光器這些獨有的特點，從而使得其對冷卻的要求大大降低，低功率的光纖激光器更只需使用風冷，取代了傳統(tǒng)激光器所必須的水冷要求，從而節(jié)電節(jié)水。

　　免調(diào)節(jié)、免維護、高穩(wěn)定性

　　現(xiàn)代加工行業(yè)中大量使用到的半導體泵浦固體激光器，開機需要預熱，使用過程中需要監(jiān)控腔內(nèi)溫度情況，經(jīng)常需要受過專業(yè)培訓人員做光學校準，使用一段時間之后還需要更換激光腔，從而使得激光器的維護和使用成本非常高。而光纖激光器整個激光腔由柔性光纖通過熔接工藝組成一個封閉的腔體，腔內(nèi)沒有任何光學鏡片，開機即可使用，具有免調(diào)節(jié)、高穩(wěn)定性的優(yōu)點。尤其重要的是，可長期免維護使用，可節(jié)約大量維護費用和時間，提高工作效率，從而節(jié)能省成本，這是傳統(tǒng)激光器無法比擬的。

　　光束質(zhì)量高，加工精度高

　　光纖激光器的光路由光纖和光纖元件構成，信號激光在直徑很小的纖芯中產(chǎn)生和傳輸。在小芯徑纖芯波導的限制下，信號激光可獲得近似理想的光束質(zhì)量和極小的光斑直徑，這是全光纖激光器獨具吸引力的無與倫比的重要優(yōu)勢。優(yōu)異的光束質(zhì)量和極小的出光光斑直徑在激光應用中具有非常重要的意義，可使后續(xù)應用設備的光學系統(tǒng)更簡單，體積更小，工作距離更長，激光聚焦光斑更小，工作效率更高，加工深度更深，加工質(zhì)量更好等。同一臺光纖激光器可以進行焊接、切割、鉆孔、熔覆、燒結和釬焊。例如，新能源太陽能光伏產(chǎn)業(yè)中的核心元件（光伏板）的劃片和切割工藝中，光纖激光器正在逐步替代其他各種激光切割技術，成為光伏產(chǎn)業(yè)中太陽能電池表面處理、薄膜切割等應用的最佳選擇方案。因為光纖激光器和傳統(tǒng)激光器相比具有最小光斑尺寸以及最優(yōu)良的光束質(zhì)量，所以切割質(zhì)量最高，減少光伏板的材料浪費。換句話說，光纖激光器加工技術能夠最有效地提高光伏電池的發(fā)電量，降低成本，提高效益。

　　在醫(yī)療方面，許多內(nèi)外科手術中使用光纖激光作手術刀。大功率光纖激光器用于手術，使組織脫落和光致凝結手術的時間大大縮短。在眼科手術中，連續(xù)摻銩光纖激光器能使角膜成形手術的成功率更高，還可以治療遠視、近視等眼科疾病。由于光纖的柔韌性和光纖激光器光束質(zhì)量好，在心血管手術中可使光纖進入人體內(nèi)排除腫瘤或各種血管淤積物。在整形美容手術中，2微米波長光纖激光器在治療皮膚癌和去紋身方面也取得了良好效果。此外，功率為幾瓦的摻銩光纖激光器能為外科手術提供較大的高能輻射，在顯微外科手術中扮演了重要角色，而且在紅外保健方面也有應用。

　　大功率光纖激光器應用于石油礦產(chǎn)領域，在建井和完井作業(yè)中發(fā)揮出色作用。光纖激光器通過光纖向井下提供所需要的能量，與常規(guī)工業(yè)激光器相比，工作效率更高、光束質(zhì)量更好、機動性更強，在使用壽命期間基本上不用維修。2003年，美國天然氣技術研究所(GTI)使用5.34kW大功率激光器進行的井下射孔實驗表明，高功率光纖激光器因具有較高光束質(zhì)量使其能夠破碎任何巖石，因而在此應用領域體現(xiàn)出其巨大優(yōu)勢。

　　除此之外，光纖激光器還具有體積小、靈活性高、使用壽命長（10萬小時）等，就不一一列舉。

　　綜上所述，我們可以明顯看出，高功率光纖激光器是適應綠色環(huán)保主題要求下的新型激光器，其發(fā)展是大勢所趨，不可替代。其不僅自身使用節(jié)能省電、使用成本低，而且適用于新能源產(chǎn)業(yè)中高精密加工的需求，從而造福人類，其經(jīng)濟社會效益是不可估量的。

　　發(fā)展超高功率全光纖型激光器系統(tǒng)，無疑對于產(chǎn)業(yè)的升級換代具有重要的推動作用，在實現(xiàn)具有自主知識產(chǎn)權的新型加工設備研制方面具有深遠意義。深圳是繼武漢之后中國第二個激光產(chǎn)業(yè)聚集地，也是高功率光纖激光器的用戶集中地區(qū)，有些公司每年用在高功率光纖激光器的采購上都已達數(shù)億。在新一代的工業(yè)革命浪潮中，只有在工具上不斷革新，積累優(yōu)勢，才能確保我們具備真正領先的創(chuàng)新制造能力。