脉冲激光器 指以间断、短脉冲形式输出激光的激光器。
脉冲激光器行业属于技术密集型与科技创新型产业，核心技术积淀、多学科协同研发能力及持续创新能力是企业构建市场竞争优势的关键要素，也是潜在进入者面临的主要门槛。脉冲激光器的研发、设计与生产全过程，需深度融合光学、电子学、软件算法、机械学、材料学、热学等多学科专业知识与技术，并结合下游不同应用场景的个性化需求完成技术适配与工艺优化。
从基础理论研究、产品方案设计到生产制造，各个环节对企业的综合技术研发实力均提出了较高要求，由此形成了较高的技术壁垒，显著提升了行业准入门槛。
1、脉冲激光器行业特点及发展历程
（1）脉冲激光器的特点
脉冲激光器是一种可短时、间歇释放激光能量的激光器，按照脉冲宽度的不同可分为毫秒、微秒、纳秒、皮秒、飞秒等类型，脉冲宽度越窄，对应的研发制造技术门槛越高，各类脉宽产品在工作特性、技术标准及应用领域区别明显，可满足不同行业差异化加工需求。
与脉冲激光器不同，连续激光器可实现激光不间断持续输出。在同等平均功率条件下，脉冲激光器能够在极短时间内释放高峰值能量，有效缩减加工过程中的热影响范围，适配高端、精密应用场景；而连续激光器输出光束持续稳定，加工热影响区域相对更大，多用于常规切割、焊接、熔覆等基础工业加工领域。
（2）脉冲激光器产业发展历程
脉冲激光器产业的发展逻辑是“脉冲宽度持续缩短、峰值功率不断提升、应用场景向高精密与高附加值领域延伸”，整体呈现从基础成熟到高端突破的渐进式演进过程。
行业发展初期，工业级脉冲激光器主要为毫秒级脉宽的二氧化碳气体激光器与灯泵 YAG 固体激光器。20 世纪 80 年代，该类激光器率先在传统材料切割、焊接等通用工业场景实现规模化应用，成功落地工业化批量生产，为脉冲激光技术后续产业化、规模化发展筑牢了市场与工艺基础。
伴随调 Q 技术的逐步成熟与迭代，2000-2010 年纳秒脉冲激光器完成产业化落地，快速取代传统毫秒级激光设备成为市场主流。纳秒激光器具备技术成熟度高、成本可控、稳定性强的优势，广泛适配常规工业打标、普通电子加工等场景，初步形成了激光微加工的应用体系与行业雏形。
2010-2020 年，受益于显示面板及消费电子等领域的精密微加工需求，叠加锁模技术的发展，皮秒激光器迎来技术成熟期，并实现大规模产业化应用。皮秒激光大幅弱化了加工过程中的热影响区，有效降低了加工热损伤，推动超快激光技术规模化切入精密微加工领域，正式开启激光精密冷加工的全新发展阶段。
2020 年以来，依托啁啾脉冲放大核心技术的突破，飞秒激光器的稳定性与可靠性大幅提升，逐步实现规模化商业化应用。凭借近乎无热损伤的极致加工优势，飞秒激光器成功切入显示面板、高端半导体制造、精密医疗等高壁垒、高附加值核心场景，成为脉冲激光器行业高端化升级的核心驱动力。
凭借高峰值功率、短脉冲持续时间等优势，脉冲激光器已广泛渗透到半导体、国防军工与科研、新能源、医疗、消费电子等多个领域，适配不同场景的个性化需求。
2、脉冲激光器行业技术路线及技术水平
脉冲激光器按工作物质可分为气体激光器、半导体激光器、光纤激光器、固体激光器和染料激光器等。气体激光器是最早实现应用的激光器，但因体积大、维护难度高等缺点，在我国市场规模占比已不足 5%；染料激光器虽波长可调谐、光谱纯度高，在特定场景有所应用，但整体应用范围较窄；当前行业主流技术路线为半导体激光器、光纤激光器和固体激光器。
（1）半导体激光器
半导体激光器是用多个半导体激光芯片，通过合束技术直接进行光束功率叠加实现激光输出。半导体激光器以电作为泵浦源，以半导体材料作为工作物质，通过电光转换实现激光的激射，最后将多束激光合束以实现高功率激光的输出。
与其他激光器相比，半导体激光器具有电光转换效率高、工作寿命长、能够直接电调制、易于集成、体积小、结构紧凑等优点，但因其直接输出的光束质量较差，除在特定领域直接使用外，更多作为光纤激光器和固体激光器的泵浦源使用。国内半导体激光器产业发展起步相对较晚，目前在各下游应用领域的整体渗透率仍处于较低水平。当前，国内外行业均聚焦于提升半导体激光器的输出功率与光束质量，持续拓展可用波长覆盖范围，进而推动产品在工业加工等领域的规模化应用。
（2）光纤激光器
光纤激光器主要由泵浦源、工作物质、光纤光栅、合束器等光学器件共同组成，并在电源系统、控制系统的驱动和控制下实现激光输出。光纤激光器具有柔性传输、结构简单、维护运营成本低等特点。
目前，我国已基本实现中低功率光纤激光器的国产化替代，但高功率光纤激光器所需的特种光纤、光栅等核心材料与关键器件仍依赖进口，制约了我国高功率光纤激光器的进一步发展。国际领先的光纤激光器企业已实现核心器件自主可控，部分企业更通过并购保障上游供应链稳定。国内光纤激光器厂商正加速推进核心器件的自主研发与国产化替代。
（3）固体激光器
固体激光器主要包括种子源、泵浦源、放大模块（含工作物质）、频率变换模块（含非线性晶体）等组成部分。固体激光器的工作物质，是掺入了能产生受激辐射作用的稀土离子的人工晶体。固体激光器泵浦源有氙灯、半导体激光器等。相较脉冲光纤激光器，固体激光器是实现超快和高能量脉冲激光的主要激光器类型，可通过非线性晶体将红外光转换为绿光、紫外光及深紫外光等短波长激光并输出，热效应较低，能量利用效率高。国际上固体激光器领域的主要厂商为美国相干高意（Coherent）、美国光谱物理（Spectra-Physics）、德国通快（TRUMPF）、法国安普（Amplitude）等，占据了较高的市场份额。国内固体激光器起步相对较晚，规模型企业相对较少。
整体来说，固体激光器的功率在不断攀升，单脉冲能量在不断提高。随着航空航天、高端装备等领域超精超微加工需求的快速增长，固体激光器重要性大幅提升，战略地位日益凸显。目前高端固体激光器被国外企业垄断，西方国家对我国实施严格技术封锁，对相关器件实行禁售、禁运管控，单脉冲能量大于 4J 的高能量激光器被明确列入管制清单，直接影响了我国高端制造业的发展。因此，高端固体激光器的国产化成为我国当前亟需解决的关键核心问题。
3、脉冲激光实现技术
（1）脉冲产生技术
①调 Q 技术
调 Q 技术是典型的纳秒级脉冲产生技术，通过主动或被动方式调控谐振腔损耗因子（Q 值）实现高峰值功率输出。在泵浦初期，谐振腔为高损耗状态以抑制激光振荡，使亚稳态粒子数积累至远高于常规阈值的水平；待粒子数达到峰值时，突然将损耗因子降低，使得反转集居数远高于阈值，上能级储存的粒子能量在极短时间内转化为激光能量，最终释放出纳秒级脉宽、兆瓦级峰值功率的巨脉冲。
常用的调 Q 方法有电光调 Q、声光调 Q 与饱和吸收调 Q 等。其中，电光调Q、声光调 Q 的谐振腔损耗由外部驱动源控制，通过电光或声光效应改变插入到谐振腔中介质的透光性质来实现，称为主动调 Q；饱和吸收调 Q 中，谐振腔损耗取决于腔内激光光强，无需外部驱动源控制即可发出周期性巨脉冲，因此称为被动调 Q。电光和声光调 Q 是目前使用最广泛的调 Q 技术，因其开关时间短的特点，可获得脉冲宽度较窄、峰值功率较高的纳秒级脉冲。
②锁模技术
锁模技术是在锁模元件的作用下使各纵模之间保持恒定的相位差，从而使各个模式相干叠加，最终产生一系列周期性的、脉冲宽度极短、峰值功率极高的激光脉冲。锁模激光技术主要分为主动锁模与被动锁模两大类。主动锁模通过在谐振腔内引入有源器件进行周期性损耗调制，可输出高重复频率、可调谐且高稳定性的脉冲激光；但脉冲宽度会受到调制器带宽的限制，不利于产生超短激光脉冲，脉宽一般在纳秒和皮秒量级。被动锁模通过可饱和吸收效应特性实现，无需外接驱动源，结构相对简单，比主动锁模更容易获得超短激光脉冲，脉宽可达飞秒量级。
（2）脉冲放大技术
①主振荡功率放大技术
主振荡功率放大（MOPA）技术提出后，已成为提升激光输出功率的典型结构，目前绝大多数高能、高功率激光装置均采用该结构。其基本原理是把激光器的种子光源产生与功率放大两个过程解耦分离，主振荡器（MO）负责产生具有良好相干性、谱线可控性、高稳定性的高质量特定脉宽种子激光，然后种子光进入功率放大器（PA）进行无失真功率放大。这种解耦结构相较于单级激光器，具有输出功率可扩展性强、调制灵活、光束质量高、脉冲参数调节范围宽等优势，尤其适用于对脉冲能量、重复频率与光束质量均有较高综合要求的应用场景。
②啁啾脉冲放大技术
自 20 世纪 80 年代啁啾脉冲放大（CPA）技术提出以来，超快激光技术实现了跨越式发展。啁啾脉冲放大（CPA）技术的基本原理是将飞秒脉冲在放大前通过色散器件进行时域展宽，使峰值功率大幅降低，从而避免在固体工作物质中引发非线性效应或光学损伤。经过展宽的脉冲可在钛宝石、掺镱晶体、钕玻璃等工作物质中进行多级放大，最后再通过压缩器将脉冲恢复至超短脉冲，实现高能量飞秒输出。
（3）频率变换技术
激光器频率变换技术利用激光与非线性光学材料的相互作用，通过非线性极化响应实现光子能量的重新组合，从而产生新频率的激光输出。目前，激光频率变换技术主要分为非线性频率变换与其他辅助变换技术，其中非线性频率转换是应用最广泛的主流技术。该技术依靠非线性光学晶体的二阶或三阶非线性极化效应实现高效频率转换，主要包括倍频、和频、差频、光参量变换等技术。
4、脉冲激光器行业行业发展态势
（1）应用场景不断扩展，新兴领域需求强劲
在传统制造业转型升级过程中，激光技术正逐步替代冲压、机械切削等传统加工工艺，市场渗透率稳步提升。随着半导体、新能源等战略性新兴产业高速发展以及可控核聚变等未来产业的崛起，低端激光器受输出功率、脉冲能量及加工精度等性能指标限制，已无法满足高端精密制造的严苛需求。现阶段激光技术应用领域不断拓展，由传统工业加工领域向多元新兴领域延伸渗透，与下游新兴产业融合协同态势持续深化，行业整体朝着高端化、精密化、专业化方向稳步发展。
半导体产业持续向更小制程、更高集成度方向迭代升级，对加工设备的精度、运行稳定性和生产效率提出极高要求，有力推动了超快激光器、高能量激光器等脉冲激光器加速技术迭代与产业化应用。该类激光器凭借脉冲宽度窄、峰值功率高、脉冲能量高等特性，在晶圆检测、激光退火等核心制程中具有不可替代的作用，亦为国内激光器企业突破核心技术瓶颈、实现高端产品国产化替代创造了重要发展机遇。在新能源产业领域，脉冲激光器已成为光伏产业技术升级、降本增效的核心支撑。
尤其在 TOPCon 电池生产环节，背面钝化接触结构对硅片减薄、精密加工提出更高的技术要求；激光切割依托非接触式加工、无机械应力、加工精度高、不易损伤硅片内部电路等突出优势，逐步取代传统机械切割工艺，已成为光伏硅片加工的主流技术方案。可控核聚变的技术突破与产业化探索，为高端脉冲激光器开辟了全新的前沿应用场景，大幅拓展了激光技术的高端应用边界。
磁约束核聚变装置内部工况极端特殊，传统测温方式精度有限且易干扰实验环境，难以满足装置运行要求。高能量脉冲激光器实现对聚变等离子体的温度测量，是核聚变温度测量不可或缺的关键装备。当前国内可控核聚变研究提速，为国内激光企业提供了重要的前沿产业机遇。
（2）技术迭代提速，产品向高端化升级
我国超快激光器行业起步较晚，近年来，在国家政策大力扶持下，叠加研究院所、激光器企业持续加大研发投入，国内超快激光技术实现快速突破与迭代升级。超快激光器具备脉冲宽度窄、峰值功率高、热影响区域小、加工精度高等突出特点，目前已广泛应用于半导体、新能源、消费电子等高端制造领域，可满足晶圆检测、光伏电池硅片减薄、OLED 显示屏幕精密切割等精密加工需求。现阶段行业技术持续升级，整体正向更短波长、更窄脉宽、更高输出功率、更高稳定性及智能化方向稳步演进。
在高能量激光器领域，相较于飞秒、皮秒超快激光器，高能量激光器具备结构精简、技术成熟、运行稳定可靠等优势。随着激光退火、金属材料激光冲击强化等场景持续扩容，市场对高脉冲能量纳秒激光器的需求持续增长。在此背景下，高能量激光器正朝着更高能量、更高重频、结构紧凑化、高集成化的方向持续迭代升级。
