一、光纖預(yù)制棒、光纖及特種光纖
光纖激光器和固體激光器均采用光泵浦的方式進(jìn)行泵浦，以前的光泵浦源主要是氦燈、氙燈等，目前廣泛運(yùn)用的光泵浦源是半導(dǎo)體激光器。前面我們已經(jīng)介紹了半導(dǎo)體激光器以及光泵浦源，現(xiàn)在我們介紹特種光纖。
光纖是用光纖預(yù)制棒拉制而成，特種光纖是指在光纖中摻雜了鐿銣銩等光纖。接下來將分別介紹光纖預(yù)制棒、光纖、特種光纖。
1.光纖預(yù)制棒生產(chǎn)工藝及行業(yè)格局
光纖預(yù)制棒是圓柱形的高純度石英玻璃棒，中心部分（即芯棒，亦稱為芯層）是折射率較高的玻璃材料，而表層部分（即包層）是折射率較低的玻璃材料。
光纖預(yù)制棒的直徑分布在幾cm-21cm之間，長(zhǎng)1m-數(shù)米。單根預(yù)制棒可以拉出上千公里的光纖。
光纖預(yù)制棒成品質(zhì)量對(duì)光纖的質(zhì)量及特性，如純度、抗拉強(qiáng)度、有效折射率及衰減等有著決定性的影響，在光纖產(chǎn)品成本中占比約為65%-70%，其制造工藝是光纖制造技術(shù)中最重要、也是難度最大的工藝。
光纖預(yù)制棒主要基于氣相沉積法，經(jīng)四氯化硅和四氯化鍺等鹵化物氣體在氫氧化物的氛圍中生成高純度石英玻璃。
芯棒普遍采用四種方法：改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積法（MCVD）、軸向氣相沉積法（VAD）、棒外化學(xué)氣相沉積法（OVD）和等離子體化學(xué)氣相沉積法（PCVD）四大主流工藝。
預(yù)制棒的包層可以采用套管法（將芯棒放入高純石英套管中，讓芯棒和套管中間呈現(xiàn)真空，再加熱使得芯棒和套管融為一體）和SOOT(又稱火焰水解法、粉末法，將制作的芯棒再用OVD法在棒的側(cè)面進(jìn)行沉積，從而制作出外包層)兩種方法。
根據(jù) CRU 報(bào)告， 截至 2017 年末全球光纖預(yù)制棒的產(chǎn)能已經(jīng)達(dá)到 5.35 億芯公里，其中，中國光纖預(yù)制棒的產(chǎn)能達(dá)到 2.71 億芯公里。
全球主要的光纖預(yù)制棒生產(chǎn)廠商約為 20 家，其中中國廠家主要有8家：長(zhǎng)飛光纖、亨通、中天、烽火藤倉、富通、富通住電、江蘇OFS亨通、信越（江蘇）；美國是康寧、歐洲的德拉克科技、日本信越、藤倉、住友、韓國的大韓、印度的斯特里特。
由于光纖預(yù)制棒生產(chǎn)的技術(shù)門檻較高，行業(yè)有較高的進(jìn)入壁壘，短期內(nèi)，集中競(jìng)爭(zhēng)的市場(chǎng)格局不會(huì)發(fā)生顯著變化。
2.光纖、光纜構(gòu)成及行業(yè)格局
光纖是由光纖預(yù)制棒拉成的光導(dǎo)玻璃，由芯層、包層、涂覆層組成。
光纖按照光在其中的傳播方式可以分為單模光纖和多模光纖。所謂的模是光以一定的角度進(jìn)入光纖后的傳輸路徑。
光纜是有一定數(shù)量的光纖按照一定方式組成的通信線纜，常由纜芯和護(hù)套組成。護(hù)套通常由聚乙烯或聚氯乙烯和鋁帶或鋼帶組成，主要用于保護(hù)纜芯，具有良好的抗側(cè)壓力性能及密封防潮和耐腐蝕的能力。
全球光纖生產(chǎn)廠家超過 60 家，其中約一半為中國企業(yè)。光纖生產(chǎn)廠商中，大部分不具備獨(dú)立生產(chǎn)光纖預(yù)制棒的能力。全球光纜生產(chǎn)廠家超過 200 家，中國廠家占比超過一半?？偟膩碚f，全球光纜供應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局相對(duì)分散，但中國光纜市場(chǎng)集中度較高，競(jìng)爭(zhēng)相對(duì)激烈。
國內(nèi)光纖行業(yè)處于快速發(fā)展階段。中國現(xiàn)已是全球光纖制造中心，但多數(shù)企業(yè)欠缺較高的研發(fā)能力和技術(shù)創(chuàng)新能力，導(dǎo)致行業(yè)技術(shù)同質(zhì)化現(xiàn)象較為嚴(yán)重。
國內(nèi)光纜行業(yè)處于成熟階段，設(shè)計(jì)水平和工藝水平均已達(dá)到國際先進(jìn)水平。國內(nèi)企業(yè)能夠設(shè)計(jì)和制造各種類型的光纜產(chǎn)品，且具有較強(qiáng)國際的競(jìng)爭(zhēng)力。但相較于光纖預(yù)制棒與光纖產(chǎn)品，光纜產(chǎn)品的技術(shù)含量較低，且同質(zhì)化現(xiàn)象更為嚴(yán)重。
3.特種光纖及其市場(chǎng)
特種光纖區(qū)別于普通光纖的核心特征是在特定波長(zhǎng)上使用，摻鐿光纖用于光纖激光器和光纖放大器的增益介質(zhì)。無源光纖用于耦合器，尾纖等其它光器件。
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光纖激光器的迅猛發(fā)展主要有以下三點(diǎn)原因：
一是雙包層光纖技術(shù)使光纖激光器的功率實(shí)現(xiàn)從毫瓦量級(jí)到瓦量級(jí)，甚至百瓦級(jí)的轉(zhuǎn)變；?
二是半導(dǎo)體激光器技術(shù)的逐步成熟又進(jìn)一步提升了光纖激光器的輸出功率 ；
三是光纖光柵技術(shù)促使了光纖激光器向全光纖化發(fā)展，增加了光纖激光器的實(shí)用性。?
大雙包層摻鐿光纖及雙包層無源光纖特種光纖長(zhǎng)期被國外壟斷，限制了國產(chǎn)高功率激光器的進(jìn)展，主要代表為美國 Nufern 公司。國內(nèi)以睿芯光纖、長(zhǎng)飛光纖等為代表實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化的重要突破，降低了原材料成本。
國內(nèi)特種光纖市場(chǎng)規(guī)模不大。按照目前國內(nèi) 83 億激光器規(guī)模，45%的毛利率，84%的原材料成本占比，20%的特種光纖占比，特種光纖目前的市場(chǎng)規(guī)模為 7.7 億元，其中 IPG 占據(jù)的一半市場(chǎng)份額中完全自產(chǎn)。國內(nèi)激光器廠商的特種光纖一般外購瀚宇光纖（代理商）為主。
二、固體激光器中的晶體及市場(chǎng)格局
目前使用較多的激光器是固體激光器和光纖激光器。光纖激光器的增益介質(zhì)是特種光纖，上一篇文章已經(jīng)介紹，本篇文章主要介紹固體激光器的增益介質(zhì)——激光晶體和非線性激光晶體。
激光晶體（laser crystal）可以將外界提供的能量通過光學(xué)諧振腔轉(zhuǎn)為在空間和時(shí)間上相干的具有高度平行性和單色性的激光。
激光晶體由基質(zhì)晶體和激活離子兩部分組成，基質(zhì)晶體主要是為激活離子提供合適的晶格場(chǎng)，一般的YAG材料，又稱為釔鋁石榴石。
激活離子是摻雜在基質(zhì)晶體中的化學(xué)元素離子。激光晶體中利用不同的激光離子可以產(chǎn)生不同波長(zhǎng)的激光。激光晶體中的激活離子主要是金屬離子和三價(jià)稀土離子。激活離子不同，產(chǎn)生的激光不同。
激光晶體是增益介質(zhì)，目前主要可以使用的有20種，波長(zhǎng)一般較為固定，常用的主要有以下八種：
資料來源：百度百科
非線性激光晶體有非線性光學(xué)效應(yīng)。非線性光學(xué)效應(yīng)是指入射激光在非線性光學(xué)晶體中傳播時(shí)，通過多倍頻會(huì)發(fā)生激光的頻率轉(zhuǎn)換，結(jié)果導(dǎo)致輸出的波長(zhǎng)與入射激光波長(zhǎng)不同，從而產(chǎn)生新的波長(zhǎng)。
目前可有效應(yīng)用的非線性光學(xué)晶體有6種，主要應(yīng)用的是LBO、BBO、KTP等三種。通過非線性晶體的OPO作用，可以產(chǎn)生從紅外到之外的連續(xù)可調(diào)諧的激光。
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激光晶體和非線性晶體具有耗材屬性，一般適用壽命為 2~3年，在轉(zhuǎn)換效率下降后需要及時(shí)更換。
從技術(shù)路線上來講，目前沒有其他晶體可以替代 LBO 和 BBO 的地位：目前應(yīng)用最廣泛的非線性光學(xué)晶體有 LBO、BBO、KTP，其中 LBO 和 BBO是中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所在 20 世紀(jì) 80 年代發(fā)明并獲得全球范圍內(nèi)的專利。
（1）BBO 晶體輸出激光波段擴(kuò)展到了紫外，通過二倍頻、三倍頻、四倍頻甚至五倍頻，能實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng) 1064nm 到 532nm、355nm、266nm、213nm 的轉(zhuǎn)換；
（2）LBO 除具有優(yōu)良倍頻、三倍頻等功能外，還有很高的抗激光損傷閾值、激光發(fā)散角小等特點(diǎn)，可用于制造大功率、高質(zhì)量激光器；在高功率的 532nm 和 355nm 固體激光器制造領(lǐng)域，LBO 一直占據(jù)主導(dǎo)地位；
（3）通過 LBO 倍頻輸出的紅、綠、藍(lán)三基色激光，是實(shí)現(xiàn)激光顯示商業(yè)化的基礎(chǔ)。
激光晶體領(lǐng)域的主要參與者包括福晶科技（FY17? 4.54億收入，1.41 凈利潤(rùn)；FY18 4.91億收入 1.53 凈利潤(rùn)）、美國貳陸、諾斯洛普-格魯門公司、美國科學(xué)材料公司、激光材料公司、Raicol Crystals、EKSMA、CristalLaser S.A、VLOC、Inrad、高意光學(xué)等。福晶科技是世界領(lǐng)先的激光晶體公司，目前可以算是激光晶體領(lǐng)域的龍頭，收入規(guī)模一致在5億元以下。
作者?|?鐘小川
