近年來(lái)，我國光纖激光器領(lǐng)域的國產(chǎn)化進(jìn)程不斷加速，國產(chǎn)替代進(jìn)口趨勢從低功率向中高功率蔓延，并在2020年的“國產(chǎn)萬(wàn)瓦風(fēng)暴”下實(shí)現了整體市場(chǎng)份額的反超。到2021年時(shí)，我國國產(chǎn)光纖激光器的出貨量已占據市場(chǎng)的65％以上。

然而，在國產(chǎn)激光器市場(chǎng)份額快速提升的同時(shí)，追求更高功率似乎成了所有激光企業(yè)的主要發(fā)力點(diǎn)，2萬(wàn)瓦、3萬(wàn)瓦、4萬(wàn)瓦層出不窮，先后進(jìn)入市場(chǎng)。伴隨著(zhù)激光功率快速提升以及市場(chǎng)競爭的白熱化，激光設備的降價(jià)趨勢加速向上游傳導，光纖激光器市場(chǎng)迎來(lái)了腥風(fēng)血雨的價(jià)格戰，企業(yè)毛利率大幅下降。為了從價(jià)格戰的焦土中找到新的出路，各大企業(yè)紛紛發(fā)力，或向外探索更多的應用市場(chǎng)，或向內追求更極致的激光特性，“高亮度”這一特性也逐漸被更多人關(guān)注。

什么是亮度？高亮度激光有什么優(yōu)勢？

眾所周知，激光的四個(gè)基本特性是方向性好、單色性好、相干性好、亮度高。亮度表示了激光的明亮程度，其定義是：光源在單位面積、單位頻帶寬度和單位立體角內發(fā)射的光功率，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是“單位空間內激光的功率”，計量單位為cd／m²（讀作：坎德拉每平方米）。在激光領(lǐng)域激光亮度可以簡(jiǎn)化為BL＝P／π²·BPP²（其中P為激光功率，BPP為光束質(zhì)量）。

亮度是衡量激光器綜合性能的重要指標之一，也是研究激光應用的重要參考依據。

過(guò)去的十幾年中，光纖激光器市場(chǎng)的爆發(fā)更多是依托金屬下料市場(chǎng)的工具升級（以激光切割取代等離子、火焰切割等）。在這一追求效率的粗放型市場(chǎng)中，提高功率能顯著(zhù)提升切割速度和切割能力，但現有工藝下尤其對薄板加工有顯著(zhù)效果，對中厚板的潛力還未充分發(fā)掘，因此過(guò)去十年間工業(yè)光纖激光器領(lǐng)域一直在追求更高功率。隨著(zhù)我國產(chǎn)業(yè)升級的深入，越來(lái)越多的高端制造業(yè)對激光技術(shù)需求增加，即便是金屬加工市場(chǎng)也進(jìn)入精細化競爭時(shí)代，這些變化對激光的亮度提出了更高要求。

維科網(wǎng)激光曾在切割測試中發(fā)現，高亮度激光切割能夠顯著(zhù)降低端面錐度，減小熱影響區改善切割質(zhì)量，在對錐度、質(zhì)量要求更高的場(chǎng)景有著(zhù)重要作用。同時(shí)，高亮度激光能夠以較低功率實(shí)現黃銅、紫銅等高反材料的切割，達到高功率激光器的效果。需要注意的是，激光亮度與模場(chǎng)直徑和發(fā)散角密切相關(guān)，只有與激光器匹配的切割頭及工藝才能真正發(fā)揮出高亮度激光的優(yōu)勢，這對切割頭的設計和制造工藝提出了新的要求，也讓兼具激光器和切割頭研發(fā)實(shí)力的企業(yè)具備了先發(fā)優(yōu)勢。

在焊接應用上，隨著(zhù)汽車(chē)輕量化趨勢和新能源汽車(chē)快速發(fā)展，車(chē)身激光焊接、動(dòng)力電池激光焊接的需求與日俱增。普通激光器在直接焊接時(shí)（尤其是對銅鋁等高反材料）往往面臨工藝窗口窄、熔池可控性低、易產(chǎn)生飛濺、焊接缺陷明顯等痛點(diǎn)。為解決這些痛點(diǎn)，業(yè)內通過(guò)多種渠道進(jìn)行技術(shù)革新，包括：工藝創(chuàng )新（復合焊、搖擺焊等）、光整形（環(huán)形光斑、可變光斑等）、改變波長(cháng)（藍光、綠光等）。

實(shí)際上，高亮度激光器也能有效提升焊接品質(zhì)。維科網(wǎng)激光經(jīng)測試后發(fā)現，提高激光亮度后能夠在較低輸出功率下熔化銅鋁等高反射率金屬，不僅大幅降低生產(chǎn)能耗，還在提升生產(chǎn)效率同時(shí)縮小焊接中的熱影響區，從而減少熔池飛濺和降低焊縫缺陷率。此外，高亮度激光焊接能夠提高熔深及穩定性，可以解決由熔深不穩定造成的虛焊問(wèn)題，具有更寬的工藝窗口。綜合而言，高亮度激光器的出現很好地彌補了激光焊接解決方案體系，結合工藝創(chuàng )新、光整形、可見(jiàn)光波長(cháng)等方案，能夠為解決我國的高端焊接制造難題提供更多的可能性。

破局之戰——萬(wàn)瓦高亮度激光器橫空出世

前文提到，我國光纖激光器出貨量格局的改變是在“國產(chǎn)萬(wàn)瓦風(fēng)暴”后實(shí)現的。隨著(zhù)功率競賽陷入瓶頸，價(jià)格戰愈演愈烈，朝高亮度方向破局成為一些企業(yè)新的發(fā)展方向。包括率先引入高亮度976泵浦技術(shù)的光惠激光、從事科研多年，憑借深厚技術(shù)底蘊投身工業(yè)制造的大科激光等。值得一提的是，在2020年掀起“國產(chǎn)萬(wàn)瓦風(fēng)暴”的創(chuàng )鑫激光，也在自身萬(wàn)瓦激光優(yōu)勢的基礎上向高亮度進(jìn)軍，率先將高功率和高亮度優(yōu)勢合二為一，開(kāi)發(fā)出50um芯徑的萬(wàn)瓦高亮度激光器。

2022年6月中旬，創(chuàng )鑫激光在云端召開(kāi)了《破曉——新技術(shù)路線(xiàn)發(fā)布會(huì )》，并在其中提到了萬(wàn)瓦高亮度激光器的三大核心思想：高亮度泵源是實(shí)現高功率＋高亮度的基礎、高集成單模塊方案是實(shí)現高功率＋高亮度的路徑、有效抑制拉曼效應是實(shí)現高功率＋高亮度的保障。實(shí)際上，早在多年以前創(chuàng )鑫激光就已圍繞這三大核心思想開(kāi)始了技術(shù)布局。

以高亮度泵源為例。在行業(yè)高集成泵源單纖輸出功率大約在300W左右水平時(shí)，創(chuàng )鑫激光已開(kāi)始采用單纖600W輸出功率的泵浦源，目前已實(shí)現大于1500W的單纖泵源輸出功率。

而創(chuàng )鑫的高集成單模塊方案早在2019年就開(kāi)始量產(chǎn)實(shí)踐，從單模塊4kW，到單模塊5kW、6kW，12kW，通過(guò)大量實(shí)踐積累，優(yōu)化提升了高集成單模塊解決方案，在最新發(fā)布的產(chǎn)品中采用高亮度一體化泵源集成技術(shù)，避免了多次合束造成的泵浦光能量損耗及輸出光光束質(zhì)量劣化，確保了萬(wàn)瓦高亮度得以實(shí)現。

針對光纖激光不可避免的受激拉曼散射，創(chuàng )鑫激光另辟蹊徑，通過(guò)在諧振腔內采取拉曼抑制光柵和增益模式優(yōu)化技術(shù)，并采取新型的輸出光纖設計，突破了常規拉曼非線(xiàn)性限制。

從結果上看，創(chuàng )鑫激光發(fā)布的12kW“高功率＋高亮度”技術(shù)路線(xiàn)，其光束質(zhì)量BPP值為1.2，而普通多模塊12kW激光器的BPP約為3.5。按亮度公式計算，其亮度指標可達傳統多模12kW的8倍。從應用上看，當前主流激光加工切割是利用了激光的高能量，其本質(zhì)是能量平衡的一個(gè)過(guò)程，激光功率代表了總能量，決定了能切多厚，而光束質(zhì)量代表了能量的有效利用，對加工效率和效果有重要影響。同時(shí)具備高功率和高亮度為激光加工提供了更多應用場(chǎng)景和工藝優(yōu)化空間，這為創(chuàng )鑫激光走向高精度加工、高端制造應用打下了堅實(shí)基礎。

千帆競發(fā)——差異化路線(xiàn)格局漸顯

近年來(lái)市場(chǎng)對高亮度的關(guān)注日益提升，但也由此引發(fā)另外一種擔憂(yōu)：是否未來(lái)有一天，所有激光器企業(yè)會(huì )像當年涌入高功率賽道一樣，一起涌入高亮度賽道，使得我國激光行業(yè)從“功率卷”變?yōu)椤傲炼染怼?，大家依然沒(méi)利潤？

維科網(wǎng)激光認為，從目前行業(yè)的發(fā)展情況來(lái)看，并沒(méi)有呈現上述趨勢，反而呈現出差異探索、千帆競發(fā)的格局。例如，銳科激光最新發(fā)布的旗幟系列激光器，劍指高端應用，力求在目前依然被進(jìn)口壟斷的細分市場(chǎng)實(shí)現國產(chǎn)替代；大科激光則進(jìn)一步追求極致亮度，目前已在2000W功率實(shí)現M²＝1.07（接近極致的光束質(zhì)量），在5000W功率實(shí)現M²＝1.38，通過(guò)極致亮度探索更前沿的應用場(chǎng)景；凱普林則瞄準體積更小、重量更輕、應用更靈活的方向，開(kāi)發(fā)出全新閃電系列激光器，“l(fā)ess is more”的理念或將對激光產(chǎn)品之外的高端制造產(chǎn)生更深遠的影響。而率先在行業(yè)推出單模塊萬(wàn)瓦高亮度的創(chuàng )鑫激光，則將沿著(zhù)“高功率＋高亮度”的路線(xiàn)進(jìn)一步深耕，預計很快將推出更令行業(yè)震驚的高亮度單模塊20kW激光器、高亮度單模塊30kW激光器及配套加工頭。

從現有情況來(lái)看，盡管短時(shí)間內價(jià)格戰仍然難以退潮，但各企業(yè)發(fā)力的焦點(diǎn)不再“唯一”是非常良性的趨勢。盡管本文重點(diǎn)著(zhù)墨于高亮度激光的探討，但筆者同樣希望，高亮度只是激光行業(yè)未來(lái)諸多出路的其中一條。多元化的產(chǎn)品結構，差異化的技術(shù)路線(xiàn)，能夠為激光應用帶來(lái)更多樣的方案選擇和技術(shù)儲備，更有利于激光產(chǎn)業(yè)和高端制造業(yè)的發(fā)展。