深度分析 | 光纤激光器的小型化趋势

近年来，万瓦激光器已经成为工业激光领域的标配产品，万瓦激光的普及大幅提升了工业加工的效率和能力边界。然而，随着大量厂家涌入万瓦赛道，同质化竞争也让这一市场陷入“价格战”的红海中。这一环境也让中国光纤激光市场增长陷入“似涨非涨”的准停滞局面。

光纤激光同质化的破局尝试

为打破这一市场困局，不少企业开始寻求差异化的竞争路线。目前对光纤激光器而言，较为明显的三条路线是高功率、高亮度、小型化。

高功率是过去几年光纤激光发展的主旋律，随着万瓦激光开始普及，3万瓦、4万瓦、5万瓦陆续进入金属加工市场，对激光器本身而言，其核心难点在于器件的功率耐受性及长期稳定性；对实际应用而言，缺乏稳定可靠的配套部件是其发展的最大阻碍。

高亮度实际上是回归激光的基本属性，通过提升单位面积能量密度，实现高亮度低功率替代高功率的效果，同时在高反材料加工、先进制造等领域有着明显优势，其核心难点在于模式不稳定性、非线性效应的控制。

小型化则是一把开启激光应用新世界的钥匙——体积更小、重量更轻、集成度更高，颠覆了过去对激光加工的认知，并催生了诸如手持激光焊接、手持激光清洗等便携式激光工具，极大地推动了激光应用的发展。

笔者过去曾多次探讨过高功率、高亮度的发展趋势及市场境况，今天重点聊聊小型化的市场趋势。

万瓦激光器小型化历程

由于光纤激光可以通过模块叠加及合束的方式实现功率提升，因此在光纤激光器功率提升的过程中，激光器的整体体积也在不断增大。2017年，采用多个2kW模块合束的6kW光纤激光器进入工业市场。随后一两年间，8kW、12kW、15kW、20kW激光器陆续登场，但当时即便是20kW激光器也都是在2kW或3kW的基础上进行合束，这导致成品体积巨大。尽管性能有所提升，但过大的体积也给用户的运输和装配带来较大麻烦。随着万瓦需求日益明显，激光器厂家开始思考如何降低整机体积。

初期的主要思路是提高单个激光模块的功率，将过去3kW逐步提升到4kW、5kW，通过减少万瓦激光器的合束模块数量来降低体积。然而在这一阶段，突然减少的模块数量及突然增加的单模块功率，对激光器各核心的稳定性提出了很大的挑战。

当上述挑战被陆续克服，单模块激光器的另一大优势开始显现——不用经过合束的单模块激光，光束质量大为提升，在薄板加工、精密制造等领域比多模激光器性能明显提升。于是，高功率单模块激光器开始成为独立产品与激光设备进行集成。

在这一阶段，国内激光器厂家针对单模块激光器的应用场景及光学特性，进行了大量的优化及改进。经过几年努力，单模块12kW激光器问世。相比多模12KW激光器，单模块12kW激光器体积减少约60％，重量减少约40％，且在某些材料上的加工能力堪比15kW。可以说，这一阶段的核心思路是：以更小体积的单模块激光器，在部分应用场景取代多模合束的激光器。

在追求更小体积的方向指引下，一些激光器厂家开始构思全新的设计理念，实现了单模块激光器的体积再缩小。以小型化产品线较为完善的凯普林举例（凯普林将小型化产品命名为闪电系列，为方便叙事，下文将凯普林小型化产品统称为闪电系列激光器）——

在原本体积就已经很小的1500W、2000W功率段，闪电系列体积再度缩小40％、重量减轻25％，3000W功率段体积缩小近75％，重量减轻了50％。变化最为明显的6000W功率段，闪电激光器体积缩小了近90％，重量也比旧款激光器减轻了近75％！而闪电系列的“老大哥”——闪电12KW光纤激光器，体积比旧款单模块激光器缩小了75％，重量减轻了60％。

小型化激光器的开疆拓土

可以说，这种颠覆式的体积缩小对下游的影响巨大，最为明显的当属手持激光焊市场。早期的手持激光焊接机，配备冷水机、老式的1000W单模块激光器，柜箱体积达到1．05m?（相当于一个老式洗衣机的体积）。随着近几年市场爆发以及用户对便携式的要求，更小、更便携成为手持焊厂家的一致追求。经过颠覆式“缩骨”的闪电系列激光器，让一个后备箱装两台手持焊接机成为可能。

对钣金加工用户而言，这种抽屉式设计的新形态，让激光器能够随成套设备一体发货，真正做到了拆机即用，并让用户跟传统且占地的激光器空调房说“拜拜”，还能节省30％以上设备安装时间。

另一个引起人们关注的焦点在于，2022年海运成本大幅上涨，拉高了出口企业的运输成本。激光器体积大幅缩小，意味着同一个集装箱内能装载的激光器数量大幅增加，也意味着同样数量的激光器所需要的集装箱数量减少，能够为企业省下大量的运费。尤其是海外代理商，也能够因为物流成本降低而获得更大的竞争优势。

从目前的市场数据来看，小型化激光器已经初步被市场接受。凯普林发布闪电系列激光器的首年，该系列激光器便实现了近20000台的销量，并带动凯普林实现光纤激光器出货量同比增长300％的傲人战绩。可以说，在当下的小型化激光器赛道，凯普林已经成为当之无愧的领军企业代表。

闪电激光器为什么能成功？

闪电系列激光器首发于2022年4月，但在几年前凯普林董事长陈晓华便已意识到未来激光行业一定会朝着更智能、更集成的方向发展。经过几年的用户调研和市场分析，陈总逐步完善了Less is More的设计理念，并亲自操刀对光纤激光器进行了重新设计，最终形成了今天的闪电系列激光器。

闪电系列的核心理念是Less is More，也就是通过压缩体积，削减多余空间，来获得更多的应用场景。而要践行Less is More的理念，则必须遵循“三无原则”——无浪费的材料，无浪费的体积，无浪费的工时。

通过核心理念及三无原则的指引，大大提升了从原料到成品的效率，也大大提升用户的使用体验，满足了用户使用方便、节省运输成本、节省安装空间的需求。而要真正实现成功，仅靠理念还远远不够。对工业标准产品而言，稳定性可以说是凌驾于其他任何指标之上的考核标准。而在确保激光器稳定方面，凯普林显然下了一番功夫。

首先是泵浦源的稳定。凯普林是国内最早投身光纤激光器泵浦源研发的企业之一，经过二十年的市场打磨，积累了非常雄厚的技术资产，并锤炼出“密集空间排列理论”。基于这一理论，凯普林研制了高功率、高亮度的第四代工业泵浦技术，这成为闪电系列激光器稳定的核心保障。

其次，凯普林通过对激光器进行高度集成化和模块化设计，对泵浦源、光路系统、热控管理和电控系统全面升级，能够有效降低热管理的压力。再辅以稳定可靠的强制水循环热控管理方案及冷却系统优化设计，使得有源光纤散热及整体结构控温的优越性有效保障了激光器输出功率和波长的长期稳定性。

在智能化方面，凯普林闪电激光器接入物联技术，通过蓝牙集中控制功能，能够实时监控设备状态、工作参数，并进行故障预警，从而降低设备故障率，提升设备稳定性。

展望——小型化激光器的发展前景

上市首年便取得巨大成功的闪电激光器，证明了光纤激光器小型化路线在工业领域的可行性。可以预见的是，体积更小、更便携的激光器将在不久的将来陆续登场，更多目前激光无法涉足的应用场景也有望在小型化进一步发展后，成为激光行业新的爆发点。

诸君不妨设想一下，当笔记本电脑大小的万瓦激光器问世后，对整个激光产业的应用场景及产品设计理念会带来怎样的冲击？切割机、手持焊接机还是现在的形态吗？激光加工自动化产线又将因为不再需要单独的激光器位置发生怎样的变化？这样的超小型激光器与无人机相结合又会诞生怎样的“杀器”？小型化的极限边界在哪里？