從1960年第一臺紅寶石激光器問世到現(xiàn)在40多年過去了,激光技術(shù)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)、科學研究無處不顯現(xiàn)它的身影。并且,可以毫不夸張地說,在某些領(lǐng)域,它已經(jīng)成為不可替代的核心技術(shù),例如通訊領(lǐng)域中的光纜通訊,軍事中的制導(dǎo)、測距,計量中的長度基準,娛樂業(yè)中的信息存儲。
盡管有科學家進行了統(tǒng)計,可以列出“激光應(yīng)用十萬例”,但是2003年全球激光產(chǎn)業(yè)統(tǒng)計僅為45億美元,尚不及國外一個中大型跨國企業(yè)的經(jīng)濟規(guī)模。而中國激光產(chǎn)業(yè)為30億元人民幣,尚不及國內(nèi)一個大型食品廠。以至于有人不得不哀嘆,激光和微波、超聲波的市場前景沒有什么兩樣!
但是,聚集在激光領(lǐng)域的科學家、工程師相比后兩者多得多,大家總是不甘心、不相信激光技術(shù)就形成不了產(chǎn)業(yè),因為人們確實看到許多行業(yè)對激光技術(shù)的迫切需求。就拿加工業(yè)來說,激光自1960年滲入鐘表業(yè)的寶石鉆孔以來,不斷擴大應(yīng)用范圍,已經(jīng)在厚板薄板焊接與切割、氣缸熱處理、微電子加工、快速打標、熔覆與成型工藝、工美雕刻等許多工序上發(fā)揮著巨大作用。僅德國大眾汽車生產(chǎn)線上,就應(yīng)用了幾百臺大功率激光加工設(shè)備。但迄今為止全球激光加工產(chǎn)業(yè)僅30億美元,而全國激光加工產(chǎn)業(yè)僅15億元人民幣。究其原因,不是人類不需要激光,而是傳統(tǒng)的激光基本元器件———激光器不好用:成本高、效率低、故障多。
從20世紀60年代起產(chǎn)生的傳統(tǒng)的激光器是分立元件組合而成的,它通常由激光工作物質(zhì)、泵浦源、諧振腔組成,還有龐大的電源和冷卻水,而輸出效率只有百分之幾到百分之十幾,光束質(zhì)量也不好、故障率極高、維修費用巨大,嚴重地阻礙了激光技術(shù)的普及。20世紀80年代出現(xiàn)了半導(dǎo)體激光器,其體積大大縮小,可靠性大大提高,電—光轉(zhuǎn)換效率達到了40%以上。但是它的單體功率較小,并且有一個嚴重的缺點:光束質(zhì)量不好。
進入20世紀90年代,又一類新型激光器誕生,人稱“全固態(tài)激光器”。它是用半導(dǎo)體激光器來做傳統(tǒng)激光器的泵浦源,提高了傳統(tǒng)激光器的總體效率,輸出功率與光束質(zhì)量也都不錯,但也有一個致命的缺點,就是泵浦源的壽命短,只有5000小時~10000小時。而泵浦源的價格占了整個激光器的一半,它一壞,激光器就廢了。再有,它也是分立元件,因此它的可靠性也不夠好。
進入21世紀,德國人率先發(fā)明了實用化的光纖激光器。光纖激光器將多個半導(dǎo)體激光器的光導(dǎo)入了光纖,在光纖中再次振蕩增益,形成了新的激光。這種激光光束質(zhì)量好,電—光轉(zhuǎn)換效率高,而且由于可以集成放大,光纖激光器的功率可以做得很大;所有的半導(dǎo)體器件及光纖組件都可以焊接成一體,避免了元件的分立,可靠性得到極大提高。光纖激光器還有一個更大的優(yōu)點就是它的使用壽命極長,可以達到5萬小時~50萬小時。
2004年美國IPG公司已經(jīng)做出了10萬瓦的光纖激光器和1.7萬瓦的工業(yè)用光纖激光器。而最小的25瓦光纖激光器大小只相當于一個移動硬盤。
電子元器件的歷史經(jīng)歷了電子管—晶體管—集成電路—大規(guī)模集成電路之路,激光器件是否也有相似之路?
現(xiàn)在,由于半導(dǎo)體激光器價格昂貴,光纖激光器還不能廣泛應(yīng)用。但我們有理由相信,半導(dǎo)體激光器及光纖激光器的價格也會像集成電路一樣,以每3年~5年一個量級的速度下降。今后也許有一天,我們可以將無數(shù)半導(dǎo)體激光器集成到很小的芯片上,用光導(dǎo)纖維將各路光集成到一根光纖輸出,那就是大規(guī)模集成光纖激光器。這種大規(guī)模集成光纖激光器可以裝到衛(wèi)星上做激光武器,可以焊入計算機芯片中作光信息源;還可以進入千家萬戶,從事各種各樣的活動。國外專家認為光纖激光器將在5年~10年內(nèi)取代相當大一部分傳統(tǒng)激光器和全固態(tài)激光器。