Lasery z vlákien v porovnaní s tuhým štátom

V dnešnej dobe rýchleho rozvoja laserových technológií lasery a lasery z pevných štátov, ako dva hlavné tradičné laserové výrobky, preukázali svoje jedinečné šarm a výhody v mnohých oblastiach, ako je priemyselná výroba, vedecký výskum a vojenské aplikácie.

1. Technické princípy a rozdiely vo výkonnosti

1.1 Získajte médium

Vláknové lasery používajú ako ziskové médiá sklenené vlákna dopované vzácnymi zemskými zemami. Pri pôsobení svetla čerpadla sa vo vlákne vytvára vysoká hustota energie, čo vedie k inverzii populácie laserovej energetickej hladiny a laserovej oscilácii prostredníctvom pozitívnej spätnej väzby rezonančnej dutiny. Vláknové lasery sú kompaktné a nevyžadujú komplexný chladiaci systém a flexibilita vlákna ich robí výhodnejšími vo viacrozmerných aplikáciách spracovania priestoru. Jadrom vláknového lasera je optické vlákno, flexibilné, vlasové sklo alebo plastové vlákno, ktoré je známe svojou schopnosťou viesť svetlo na veľké vzdialenosti s minimálnou stratou. Vlákno pôsobí ako aktívne ziskové médium lasera a je jadrom laserovej prevádzky. Avšak na rozdiel od nedotknutých sklenených alebo plastových vlákien používaných pri telekomunikáciách je optické vlákno vo vláknovom laseri dopĺňané prvkami vzácnych zemín, ako je Erbium alebo Ytterbium. Tento doping predstavuje energetický stav potrebný na laserovú prevádzku, čo umožňuje vlákne nielen usmerňovať svetlo, ale aj jeho zosilnenie. Laser v tuhom stave (SSL) je zameraný na svoj jedinečný ziskový médium, tuhý materiál a zvyčajne sa skladá zo štyroch častí: zisk stredného, ​​chladiaceho systému, optickej rezonančnej dutiny a zdroja čerpadla. Ziskové médium, ako je Ruby (CR: Al₂o₃) alebo hliníkový granát YTTRIUM (ND: YAG), je dušou tuhého štátneho lasera. Aktivované ióny (napríklad ND³⁺) dotkované vo vnútri dosahujú inverziu populácie pod pôsobením svetla čerpadla, čím vytvárajú laserové svetlo. Chladiaci systém je zodpovedný za odstránenie tepla nahromadeného vo vnútri ziskového média v dôsledku generovania laserom, aby sa zabezpečila stabilná prevádzka lasera. Optický rezonátor tvorí nepretržité oscilácie pozitívnou spätnou väzbou fotónov, výstupom vysoko monochromatického a vysoko smerujúceho laserového lúča.

1.2 Výkon a účinnosť vlákien lasery sú známe svojou vynikajúcou elektrickou účinnosťou vďaka povahe káblov z optických vlákien, ktoré môžu viesť svetlo s minimálnou stratou. Vďaka tejto funkcii je vláknové lasery neuveriteľne energeticky účinné a často dosahujú efektívnosť viac ako 30%. Lasery v pevnom stave sú vo všeobecnosti menej účinné, pravdepodobne v dôsledku vyšších strát ich väčšieho ziskového média a potreby vysoko intenzívnych žiaroviek na čerpanie.

1.3 Kvalita lúča: Priamo ovplyvňuje účinnosť laserov v presných aplikáciách, ktoré jedno režimové pôsobenie vláknových laserov môže poskytnúť neuveriteľne vysokú kvalitu lúča, charakterizovanú prísnym zaostrením a minimálnou divergenciou. Lasery v tuhom stave, hoci sú schopné poskytovať vysoko kvalitné lúče, sa často ťažko zhodujú s kvalitou lúča laserov, najmä pri vyšších úrovniach energie. Napriek ich nižšej účinnosti a kvalite lúča nie sú lasery v tuhých štátoch bez ich výhod. Majú výkonné schopnosti škálovania energie a sú vhodné pre vysoko výkonné aplikácie. Lasery v pevnom stave môžu byť navrhnuté tak, aby produkovali neuveriteľne vysoké úrovne výkonu zvýšením veľkosti ziskového média a výkonu čerpadla, čo nie je pre vláknové lasery také jednoduché kvôli obmedzeniam veľkosti vlákien a rozptylu tepla.

1.4 Vlákna stability majú vysokú stabilitu. Ich štruktúra vlákien je necitlivá na zmeny životného prostredia (ako je teplota, vlhkosť, vibrácie atď.) A môže udržiavať stabilné pracovné podmienky v drsnom prostredí. Zároveň sa vláknité lasery považujú za trvanlivejšie a prispôsobiteľnejšie na zmeny životného prostredia, pretože používajú štruktúru v pevnom stave a neobsahujú optické komponenty voľného priestoru. Lasery v pevnom stave majú relatívne zlú stabilitu a zmeny v environmentálnych faktoroch môžu mať väčší vplyv na ich výkon.

1,5 Lasery na rozptyl tepla, ktoré majú vynikajúci výkon rozptylu tepla. Jeho ziskové médium je optické vlákno, ktoré má veľký pomer povrchovej plochy k objemu a teplo sa dá rýchlo rozptýliť, takže môže stabilne pracovať po dlhú dobu a môže odolávať vysokému výkonu. Lasery v tuhom stave sú relatívne ťažké rozptýliť teplo a sú náchylné na tepelné účinky, keď pracujú pri vysokej energii, čo ovplyvňuje výkon a životnosť lasera.

1,6 Veľkosť a náklady na údržbu vláknité lasery sú veľmi kompaktné a nevyžadujú takmer žiadnu údržbu. Malá veľkosť vlákna a neprítomnosť vonkajších zrkadiel výrazne znižujú problémy so zarovnaním spojenými s lasermi v tuhom stave. Okrem toho vynikajúce schopnosti rozptyľovania tepla vlákna zvyčajne nevyžadujú aktívne chladenie, čo ďalej znižuje požiadavky na údržbu. Zároveň sú vláknité lasery vo všeobecnosti bezpečnejšie pracovať, pretože laser je obmedzený v vlákne, čím sa znižuje riziko náhodnej expozície. Zarovnanie zrkadiel v laseroch v tuhom stave je rozhodujúce pre ich prevádzku a vyžaduje pravidelnú kontrolu a úpravu, čo zvyšuje pracovné zaťaženie údržby. Okrem toho lasery v pevnom stave zvyčajne vyžadujú aktívne chladenie na riadenie tepla generovaného v ziskovom médiu, čo nielen zvyšuje zložitosť systému, ale tiež zvyšuje požiadavky na údržbu. Lasery v pevnom stave majú tendenciu byť väčšie ako vláknité lasery. Potreba veľkých zrkadiel a vonkajších zrkadiel zvyšuje ich veľkosť a hmotnosť, čím obmedzuje ich uplatniteľnosť v aplikáciách s obmedzeným priestorom.

2. Polia aplikácií

Vláknové lasery svietia v oblasti priemyselného rezania a zvárania s ich vysokým výkonom, vysokou kvalitou lúča, dobrým výkonom rozptylu tepla a stabilitou. Vláknové lasery sú obzvlášť vhodné na husté rezanie doštičiek a zváranie kovových materiálov. Ich vysoká elektrooptická konverzná efektívnosť a bezdôvodný a bez údržby výrazne znižujú náklady na používanie a ťažkosti s údržbou. Zároveň vysoká tolerancia vlákien laserov k tvrdým pracovným prostredím, ako sú prach, vibrácie, vlhkosť atď., Vďaka tomu fungujú dobre na rôznych priemyselných miestach. Kontinuálne lasery majú vysoký stupeň penetrácie v oblasti spracovania makro a v tejto oblasti postupne nahradili tradičné metódy spracovania. Lasery v tuhom stave sú jedinečné v oblasti ultra-presnosti a ultra-mikro spracovania s ich vysokým maximálnym výkonom, veľkou pulznou energiou a laserovým výstupom s krátkou vlnovou dĺžkou (napríklad zelené svetlo a ultrafialové svetlo). V procesoch, ako je značenie, rezanie, vŕtanie a zváranie kovov/neovovníkov, môžu lasery v tuhom stave dosiahnuť vyššiu presnosť spracovania a širšiu použiteľnosť materiálu. Najmä pri vysoko presných zváraní a 3D tlači nekovových materiálov na vytvrdenie svetla sa lasery v tuhom stave stali preferovaným zariadením kvôli ich laserom s krátkym vlnovým dĺžkam s malými tepelnými efektmi a vysokou presnosťou spracovania. Lasery v tuhom stave sa používajú hlavne v oblasti presného mikro-machinovania nekovových materiálov a tenkých, krehkých a iných kovových materiálov kvôli ich krátkej vlnovej dĺžke (ultrafialové, hlboké ultrafialové), šírky krátkeho impulzu (Picosecond, FemtoseCond) a vysokej maximálnej sily. Okrem toho sa lasery v pevnom stave široko používajú pri špičkovom vedeckom výskume v oblasti životného prostredia, medicíny, vojenského a tak ďalej.

3. Podiel na trhu moja krajina je v procese transformácie a modernizácie výrobného priemyslu z výroby nízkej úrovne na špičkovú výrobu. Nízka výrobná výroba predstavuje vysoký pomer. Trh s makro spracovaním pokrýva výrobu nízkej úrovne aj určitú špičkovú výrobu. Dopyt na trhu je veľký. Preto je trhová kapacita vlákien laserov pomerne veľká. Domáce lasery s nízkym výkonom vlákniny sú vysoko lokalizované a existuje veľa veľkých domácich výrobcov. Podľa správy „Čínskeho laserového priemyslu“ boli lasery s nízkymi výkonnými vláknami plne nahradené domácimi výrobkami; Pokiaľ ide o kontinuálne lasery so stredne výkonnými vláknami, domáca kvalita nemá zjavné nevýhody, cenová výhoda je zrejmá a podiel na trhu je porovnateľný; Pokiaľ ide o vysokorýchlostné kontinuálne vláknové lasery, domáce značky dosiahli čiastočný predaj. Pokiaľ ide o lasery v pevných štátoch, v dôsledku neskorého rozvoja v Číne v súčasnosti neexistujú žiadne spoločnosti s týmto produktom ako ich hlavné podnikanie a vo všeobecnosti kupujú zahraničné značky. Vláknové lasery sa používajú hlavne v oblasti spracovania makro v dôsledku ich vysoko výstupného výkonu (laserové makro spracovanie sa vo všeobecnosti vzťahuje na spracovanie veľkosti a tvaru spracovateľského objektu s vplyvom laserového lúča na úrovni milimetra); Pevné lasery sa široko používajú v oblasti mikro spracovania v dôsledku ich výhod, ako je krátka vlnová dĺžka, úzka šírka impulzov a vysoký maximálny výkon (mikro spracovanie sa vo všeobecnosti vzťahuje na spracovanie veľkosti a tvaru s presným dosahujúcim mikrometrom alebo dokonca nanometrov), čo vedie k určitým rozdielom medzi používateľmi tuhých laserov a lasermi z vlákien. Vo všeobecnosti majú pevné lasery a vláknité lasery vo svojich aplikačných oblastiach rôzne zameranie a každá z nich má svoje vlastné aplikačné pole. Vo väčšine oblastí neexistuje priama konkurencia. V oblasti spracovania kovového materiálu, ktoré sa prekrýva s poľom mikro spracovania, keď kov dosiahne určitú hrúbku, toto pole vo všeobecnosti prijíma tradičné metódy alebo vláknité lasery z nákladových dôvodov. Pevné lasery sa používajú iba v scénach, kde je hrúbka kovu tenká alebo vysoké požiadavky na spracovanie a náklady nie sú citlivé. Okrem toho je prekrývanie konkurencie medzi nimi nízka. Pevné lasery sa používajú hlavne na spracovanie nekovových materiálov (sklo, keramika, plasty, polyméry, balenie, iné krehké materiály atď.) A v oblasti kovových materiálov sa používajú v scénach s vysokými presnými požiadavkami a relatívne necitlivé na náklady.