Lasery światłowodowe vs lasery stałe

W dzisiejszej erze szybkiego rozwoju technologii laserowej, laserów stałego i laserów światłowodowych, jako dwa główne produkty laserowe głównego nurtu, wykazały swój unikalny urok i zalety w wielu dziedzinach, takich jak produkcja przemysłowa, badania naukowe i zastosowania wojskowe.

1. Zasady techniczne i różnice w wydajności

1.1 Medium wzmocnienia

Lasery światłowodowe używają szklanych włókien domieszkowanych przez ziemię jako media. Zgodnie z działaniem światła pompy w włóknie powstaje wysoka gęstość mocy, co powoduje odwrócenie populacji poziomu energii laserowej i oscylacji laserowej poprzez dodatnie pętlę sprzężenia zwrotnego rezonansowego. Lasery światłowodowe są kompaktowe i nie wymagają złożonego układu chłodzenia, a elastyczność włókien sprawia, że ​​są bardziej korzystne w wielowymiarowych zastosowaniach przetwarzania przestrzeni. Rdzeniem lasera światłowodowego jest światłowód, elastyczny, cienki, szklany lub plastikowy włókno znane z zdolności do prowadzenia światła na duże odległości przy minimalnej straty. Włókno działa jako aktywny medium wzmocnienia lasera i jest rdzeniem działania lasera. Jednak w przeciwieństwie do nieopatrzonych włókien szkła lub plastikowych stosowanych w telekomunikacji, światłowód w laserze światłowodowym jest domieszkowany elementami ziem rzadkich, takimi jak Erbium lub Ytterbium. Doping ten wprowadza stan energetyczny wymagany do działania lasera, umożliwiając włókno nie tylko prowadzenie światła, ale także wzmacnianie go. Laser w stanie stałym (SSL) jest wyśrodkowany na jego unikalnym średnim, stałym materiale i zwykle składa się z czterech części: średniej wzmocnienia, układu chłodzenia, optycznego rezonansowego i źródła pompy. Medium wzmocnienia, takie jak rubin (Cr: al₂o₃) lub granat glinu aluminiowego i neodymu (ND: YAG), jest duszą lasera stałego. Aktywowane jony (takie jak ND³⁺) domieszkowane w środku, osiągają inwersję populacji pod działaniem światła pompy, generując w ten sposób światło laserowe. System chłodzenia jest odpowiedzialny za usunięcie ciepła nagromadzonego wewnątrz podłoża wzmocnienia z powodu wytwarzania lasera, aby zapewnić stabilne działanie lasera. Optyczny rezonator tworzy ciągłe oscylacje poprzez dodatnie sprzężenie zwrotne fotonów, wyświetlając wysoce monochromatyczną i wysoce kierunkową wiązkę laserową.

1.2 Lasery wydajności i wydajności znane są z doskonałej wydajności elektrycznej, dzięki naturze kabli światłowodowych, które mogą prowadzić światło z minimalną stratą. Ta funkcja sprawia, że ​​lasery światłowodowe są niezwykle energooszczędne, często osiągając wydajność ponad 30%. Lasery w stanie stałym są na ogół mniej wydajne, prawdopodobnie ze względu na wyższe straty ich większych mediów wzmocnienia i potrzebę lamp o wysokiej intensywności do pompowania.

1.3 Jakość wiązki: bezpośrednio wpływa na skuteczność laserów w precyzyjnych aplikacjach Operacja laserów z włókna, może zapewnić niezwykle wysokiej jakości wiązkę, charakteryzującą się ścisłym ognisowaniem i minimalnym rozbieżnością. Lasery w stanie stałym, choć zdolne do dostarczania wysokiej jakości wiązek, są często trudne do dopasowania jakości wiązki laserów światłowodowych, szczególnie przy wyższych poziomach mocy. Pomimo niższej wydajności i jakości wiązki lasery w stanie stałym nie są pozbawione swoich zalet. Mają potężne możliwości skalowania mocy i są odpowiednie do zastosowań o dużej mocy. Lasery w stanie stałym można zaprojektować tak, aby wytwarzało niewiarygodnie wysokie poziomy mocy poprzez zwiększenie wielkości podłoża wzmocnienia i mocy pompy, co nie jest tak proste w przypadku laserów z włókien ze względu na ograniczenia wielkości włókna i rozpraszania ciepła.

1,4 Lasery z włókna stabilności mają wysoką stabilność. Ich struktura włókien jest niewrażliwa na zmiany środowiskowe (takie jak temperatura, wilgotność, wibracje itp.) I może utrzymywać stabilne warunki pracy w trudnych środowiskach. Jednocześnie lasery światłowodowe są uważane za bardziej trwałe i dostosowane do zmian środowiskowych, ponieważ wykorzystują strukturę półprzewodnikową i nie zawierają komponentów optycznych w wolnej przestrzeni. Lasery w stanie stałym mają stosunkowo słabą stabilność, a zmiany czynników środowiskowych mogą mieć większy wpływ na ich wydajność.

1,5 Lasery światłowodowe rozpraszania ciepła mają doskonałą wydajność rozpraszania ciepła. Jego pożywką wzmocnioną jest światłowód, który ma duży stosunek powierzchni do objętości, a ciepło można szybko rozproszyć, dzięki czemu może działać stabilnie przez długi czas i może wytrzymać wysoką moc wyjściową. Lasery w stanie stałym są stosunkowo trudne do rozproszenia ciepła i są podatne na efekty termiczne podczas pracy o dużej mocy, wpływając na wydajność i żywotność lasera.

1.6 Koszty wielkości i konserwacji lasery światłowodowe są bardzo kompaktowe i nie wymagają prawie żadnej konserwacji. Niewielki rozmiar włókna i brak zewnętrznych luster znacznie zmniejszają problemy z wyrównaniem związane z laserami w stanie stałym. Ponadto doskonałe możliwości rozpraszania ciepła włókna zwykle nie wymagają aktywnego chłodzenia, co dodatkowo zmniejsza wymagania dotyczące konserwacji. Jednocześnie lasery światłowodowe są na ogół bezpieczniejsze do działania, ponieważ laser jest ograniczony do włókna, zmniejszając ryzyko przypadkowej ekspozycji. Wyrównanie luster w laserach w stanie stałym ma kluczowe znaczenie dla ich działania i wymaga regularnej kontroli i regulacji, co zwiększa obciążenie konserwacyjne. Ponadto lasery w stanie stałym zwykle wymagają aktywnego chłodzenia, aby zarządzać ciepłem wytwarzanym w medium wzmocnienia, co nie tylko zwiększa złożoność systemu, ale także zwiększa wymagania dotyczące konserwacji. Lasery w stanie stałym są zwykle większe niż lasery światłowodowe. Potrzeba dużych luster i luster zewnętrznych zwiększa ich rozmiar i wagę, ograniczając ich zastosowanie w zastosowaniach o ograniczonej przestrzeni.

2. Pola aplikacji

Lasery światłowodowe lśnią w dziedzinie cięcia i spawania przemysłowego z ich wysoką energią, wysoką jakością wiązki, dobrej wydajności rozpraszania ciepła i stabilności. Lasery światłowodowe są szczególnie odpowiednie do gęstego cięcia płyt i spawania materiałów metali. Ich wysoka efektywność konwersji elektrooptycznej oraz konstrukcja bez regulacji i bez konserwacji znacznie zmniejszają koszty użytkowania i trudność konserwacji. Jednocześnie wysoka tolerancja laserów światłowodowych do trudnych środowisk pracy, takich jak kurz, wibracje, wilgotność itp., Sprawia, że ​​dobrze sobie radzą w różnych miejscach przemysłowych. Ciągłe lasery mają wysoki stopień penetracji w dziedzinie przetwarzania makro i stopniowo zastępują tradycyjne metody przetwarzania w tej dziedzinie. Lasery w stanie stałym są unikalne w dziedzinie ultra-precyzyjnej i ultra-mikro przetwarzania z ich wysoką mocą szczytową, energią dużej impulsów i wyjściem lasera o krótkiej długości fali (takie jak światło zielone i światło ultrafioletowe). W procesach takich jak oznaczenie materiałów metali/niemetalowych, cięcie, wiercenie i spawanie lasery w stanie stałym mogą osiągnąć wyższą dokładność przetwarzania i szersze zastosowanie materiału. Zwłaszcza w przypadku precyzyjnego spawania i wytarcia światła 3D materiałów niemetalicznych, lasery w stanie stałym stały się preferowanym sprzętem ze względu na ich lasery krótkoterminowe z małymi efektami termicznymi i wysoką dokładnością przetwarzania. Lasery w stanie stałym są stosowane głównie w dziedzinie precyzyjnego mikro-maszynowania materiałów niemetalicznych oraz cienkich, kruchej i innych materiałów metalowych ze względu na ich krótką długość fali (ultrafiolet, głębokie ultrafiolet), krótką szerokość impulsu (pikosekunda, femtosekunda) i wysoką moc szczytową. Ponadto lasery w stanie stałym są szeroko stosowane w najnowocześniejszych badaniach naukowych w dziedzinie środowiska, medycyny, wojska i tak dalej.

3. Udział w rynku, mój kraj jest w trakcie transformacji i modernizacji branży produkcyjnej, od produkcji niskiej produkcji po wysokiej klasy produkcję. Niska produkcja stanowi wysoki odsetek. Rynek przetwarzania makro obejmuje zarówno produkcję niską, jak i produkcję wysokiej klasy. Zapotrzebowanie rynkowe jest duże. Dlatego zdolność rynkowa laserów światłowodowych jest stosunkowo duża. Krajowe lasery światłowodowe o niskiej mocy są wysoce zlokalizowane i istnieje wielu dużych producentów krajowych. Zgodnie z „Raportem rozwoju przemysłu laserowego China” lasery światłowodowe o niskiej mocy zostały w pełni zastąpione produktami krajowymi; Jeśli chodzi o ciągłe lasery światłowodowe o średniej mocy, jakość krajowa nie ma oczywistych wad, przewaga cenowa jest oczywista, a udział w rynku jest porównywalny; Jeśli chodzi o ciągłe lasery światłowodowe o dużej mocy, marki krajowe osiągnęły częściową sprzedaż. Jeśli chodzi o lasery w stanie stałym, ze względu na późny rozwój w Chinach, obecnie nie ma giełdowych firm z tym produktem jako główną działalność i na ogół kupują zagraniczne marki. Lasery światłowodowe są wykorzystywane głównie w dziedzinie przetwarzania makro ze względu na ich wysoką moc wyjściową (przetwarzanie makro laserowe ogólnie odnosi się do przetwarzania wielkości i kształtu obiektu przetwarzania z wpływem wiązki laserowej na poziom milimetrów); Lasery stałe są szeroko stosowane w dziedzinie mikro -przetwarzania ze względu na ich zalety, takie jak krótka długość fali, szerokość wąska i wysoka moc szczytowa (mikro przetwarzanie ogólnie odnosi się do przetwarzania wielkości i kształtu z precyzyjnymi mikrometrowi, a nawet nanometrów), co powoduje pewne różnice między użytkownikami laser stałych i laserów włókien. Ogólnie rzecz biorąc, solidne lasery i lasery światłowodowe mają różne koncentruje się na swoich polach aplikacji, a każdy ma własne pole aplikacji. Nie ma bezpośredniej konkurencji między nimi w większości dziedzin. W dziedzinie przetwarzania materiałów metali, które pokrywa się z dziedziną mikro przetwarzania, gdy metal osiąga pewną grubość, pole to ogólnie przyjmuje tradycyjne metody lub lasery światłowodowe ze względów kosztów. Lasery stałe są używane tylko w scenach, w których grubość metalu jest cienka lub wymagania przetwarzania są wysokie, a koszt nie jest wrażliwy. Ponadto konkurencja pokrywa się między nimi jest niska. Lasery stałe są wykorzystywane głównie do przetwarzania materiałów niemetalicznych (szkła, ceramiki, tworzywa sztucznego, polimery, opakowania, innych kruche materiały itp.), A w dziedzinie materiałów metalowych są używane w scenach o wysokich wymaganiach precyzyjnych i stosunkowo niewrażliwych na koszty.