一、光纤预制棒、光纤及特种光纤
光纤激光器和固体激光器均采用光泵浦的方式进行泵浦，以前的光泵浦源主要是氦灯、氙灯等，目前广泛运用的光泵浦源是半导体激光器。前面我们已经介绍了半导体激光器以及光泵浦源，现在我们介绍特种光纤。
光纤是用光纤预制棒拉制而成，特种光纤是指在光纤中掺杂了镱铷铥等光纤。接下来将分别介绍光纤预制棒、光纤、特种光纤。
1.光纤预制棒生产工艺及行业格局
光纤预制棒是圆柱形的高纯度石英玻璃棒，中心部分（即芯棒，亦称为芯层）是折射率较高的玻璃材料，而表层部分（即包层）是折射率较低的玻璃材料。
光纤预制棒的直径分布在几cm-21cm之间，长1m-数米。单根预制棒可以拉出上千公里的光纤。
光纤预制棒成品质量对光纤的质量及特性，如纯度、抗拉强度、有效折射率及衰减等有着决定性的影响，在光纤产品成本中占比约为65%-70%，其制造工艺是光纤制造技术中最重要、也是难度最大的工艺。
光纤预制棒主要基于气相沉积法，经四氯化硅和四氯化锗等卤化物气体在氢氧化物的氛围中生成高纯度石英玻璃。
芯棒普遍采用四种方法：改进的化学气相沉积法（MCVD）、轴向气相沉积法（VAD）、棒外化学气相沉积法（OVD）和等离子体化学气相沉积法（PCVD）四大主流工艺。
预制棒的包层可以采用套管法（将芯棒放入高纯石英套管中，让芯棒和套管中间呈现真空，再加热使得芯棒和套管融为一体）和SOOT(又称火焰水解法、粉末法，将制作的芯棒再用OVD法在棒的侧面进行沉积，从而制作出外包层)两种方法。
根据 CRU 报告， 截至 2017 年末全球光纤预制棒的产能已经达到 5.35 亿芯公里，其中，中国光纤预制棒的产能达到 2.71 亿芯公里。
全球主要的光纤预制棒生产厂商约为 20 家，其中中国厂家主要有8家：长飞光纤、亨通、中天、烽火藤仓、富通、富通住电、江苏OFS亨通、信越（江苏）；美国是康宁、欧洲的德拉克科技、日本信越、藤仓、住友、韩国的大韩、印度的斯特里特。
由于光纤预制棒生产的技术门槛较高，行业有较高的进入壁垒，短期内，集中竞争的市场格局不会发生显著变化。
2.光纤、光缆构成及行业格局
光纤是由光纤预制棒拉成的光导玻璃，由芯层、包层、涂覆层组成。
光纤按照光在其中的传播方式可以分为单模光纤和多模光纤。所谓的模是光以一定的角度进入光纤后的传输路径。
光缆是有一定数量的光纤按照一定方式组成的通信线缆，常由缆芯和护套组成。护套通常由聚乙烯或聚氯乙烯和铝带或钢带组成，主要用于保护缆芯，具有良好的抗侧压力性能及密封防潮和耐腐蚀的能力。
全球光纤生产厂家超过 60 家，其中约一半为中国企业。光纤生产厂商中，大部分不具备独立生产光纤预制棒的能力。全球光缆生产厂家超过 200 家，中国厂家占比超过一半。总的来说，全球光缆供应市场竞争格局相对分散，但中国光缆市场集中度较高，竞争相对激烈。
国内光纤行业处于快速发展阶段。中国现已是全球光纤制造中心，但多数企业欠缺较高的研发能力和技术创新能力，导致行业技术同质化现象较为严重。
国内光缆行业处于成熟阶段，设计水平和工艺水平均已达到国际先进水平。国内企业能够设计和制造各种类型的光缆产品，且具有较强国际的竞争力。但相较于光纤预制棒与光纤产品，光缆产品的技术含量较低，且同质化现象更为严重。
3.特种光纤及其市场
特种光纤区别于普通光纤的核心特征是在特定波长上使用，掺镱光纤用于光纤激光器和光纤放大器的增益介质。无源光纤用于耦合器，尾纤等其它光器件。
光纤激光器的迅猛发展主要有以下三点原因：
一是双包层光纤技术使光纤激光器的功率实现从毫瓦量级到瓦量级，甚至百瓦级的转变；
二是半导体激光器技术的逐步成熟又进一步提升了光纤激光器的输出功率 ；
三是光纤光栅技术促使了光纤激光器向全光纤化发展，增加了光纤激光器的实用性。
大双包层掺镱光纤及双包层无源光纤特种光纤长期被国外垄断，限制了国产高功率激光器的进展，主要代表为美国 Nufern 公司。国内以睿芯光纤、长飞光纤等为代表实现国产化的重要突破，降低了原材料成本。
国内特种光纤市场规模不大。按照目前国内 83 亿激光器规模，45%的毛利率，84%的原材料成本占比，20%的特种光纤占比，特种光纤目前的市场规模为 7.7 亿元，其中 IPG 占据的一半市场份额中完全自产。国内激光器厂商的特种光纤一般外购瀚宇光纤（代理商）为主。
二、固体激光器中的晶体及市场格局
目前使用较多的激光器是固体激光器和光纤激光器。光纤激光器的增益介质是特种光纤，上一篇文章已经介绍，本篇文章主要介绍固体激光器的增益介质——激光晶体和非线性激光晶体。
激光晶体（laser crystal）可以将外界提供的能量通过光学谐振腔转为在空间和时间上相干的具有高度平行性和单色性的激光。
激光晶体由基质晶体和激活离子两部分组成，基质晶体主要是为激活离子提供合适的晶格场，一般的YAG材料，又称为钇铝石榴石。
激活离子是掺杂在基质晶体中的化学元素离子。激光晶体中利用不同的激光离子可以产生不同波长的激光。激光晶体中的激活离子主要是金属离子和三价稀土离子。激活离子不同，产生的激光不同。
激光晶体是增益介质，目前主要可以使用的有20种，波长一般较为固定，常用的主要有以下八种：
资料来源：百度百科
非线性激光晶体有非线性光学效应。非线性光学效应是指入射激光在非线性光学晶体中传播时，通过多倍频会发生激光的频率转换，结果导致输出的波长与入射激光波长不同，从而产生新的波长。
目前可有效应用的非线性光学晶体有6种，主要应用的是LBO、BBO、KTP等三种。通过非线性晶体的OPO作用，可以产生从红外到之外的连续可调谐的激光。
激光晶体和非线性晶体具有耗材属性，一般适用寿命为 2~3年，在转换效率下降后需要及时更换。
从技术路线上来讲，目前没有其他晶体可以替代 LBO 和 BBO 的地位：目前应用最广泛的非线性光学晶体有 LBO、BBO、KTP，其中 LBO 和 BBO是中国科学院福建物质结构研究所在 20 世纪 80 年代发明并获得全球范围内的专利。
（1）BBO 晶体输出激光波段扩展到了紫外，通过二倍频、三倍频、四倍频甚至五倍频，能实现波长 1064nm 到 532nm、355nm、266nm、213nm 的转换；
（2）LBO 除具有优良倍频、三倍频等功能外，还有很高的抗激光损伤阈值、激光发散角小等特点，可用于制造大功率、高质量激光器；在高功率的 532nm 和 355nm 固体激光器制造领域，LBO 一直占据主导地位；
（3）通过 LBO 倍频输出的红、绿、蓝三基色激光，是实现激光显示商业化的基础。
激光晶体领域的主要参与者包括福晶科技（FY17 4.54亿收入，1.41 净利润；FY18 4.91亿收入 1.53 净利润）、美国贰陆、诺斯洛普-格鲁门公司、美国科学材料公司、激光材料公司、Raicol Crystals、EKSMA、CristalLaser S.A、VLOC、Inrad、高意光学等。福晶科技是世界领先的激光晶体公司，目前可以算是激光晶体领域的龙头，收入规模一致在5亿元以下。
作者 | 钟小川
