I dagens æra med hurtig udvikling af laserteknologi har lasere af fast tilstand og fiberlasere, som to vigtigste mainstream-laserprodukter, vist deres unikke charme og fordele på mange områder, såsom industriel produktion, videnskabelig forskning og militære applikationer ..
1. Tekniske principper og præstationsforskelle
① Få medium
Fiberlasere bruger sjældne jorddopede glasoptiske fibre som forstærkningsmedier. Under virkningen af pumpelys dannes høj effekttæthed i den optiske fiber, hvilket resulterer i inversion af laserenerginiveauets partikelnummer, og laseroscillation genereres gennem den positive feedback -loop af resonanshulen. Fiberlasere har en kompakt struktur og kræver ikke et komplekst kølesystem. Fleksibiliteten i den optiske fiber gør det mere fordelagtigt i multi-dimensionelle rumforarbejdningsapplikationer.
I hjertet af en fiberlaser er en optisk fiber, en fleksibel, hårtyndsstrenge glas eller plast, der er kendt for sin evne til at guide lys over lange afstande med minimalt tab. Fiberen fungerer som det aktive forstærkningsmedium for laseren og er centralt i dens drift. I modsætning til de udopede glas- eller plastfibre, der bruges i telekommunikation, er fiberen i en fiberlaser imidlertid dopet med sjældne jordelementer, såsom Erbium eller Ytterbium. Denne doping introducerer de energilater, der kræves til laserdrift, hvilket gør det muligt for fiberen ikke kun at guide lys, men også forstærke den.
Solid-state laser (SSL) er centreret om dets unikke forstærkningsmedium, fast materiale og er normalt sammensat af fire dele: Gain Medium, Cooling System, Optical Resonator og Pump Source. Forstærkningsmediet, såsom Ruby (CR: Al₂o₃) eller Neodymium-dopet yttrium-aluminium Garnet (ND: YAG), er sjælen i en solid laser. De aktiverede ioner, der er dopet inde i den (såsom ND³⁺), opnår befolkningsinversion under virkningen af pumpelys og genererer derved laserlys. Kølesystemet er ansvarlig for at fjerne den varme, der er akkumuleret i forstærkningsmediet på grund af lasergenerering, hvilket sikrer den stabile drift af laseren. Det optiske resonanshulrum danner kontinuerlig svingning gennem den positive feedback af fotoner og udsender en meget monokromatisk og meget retningsbestemt laserstråle.
② ydelse og effektivitet
Fiberlasere er kendt for deres ekstraordinære elektriske effektivitet takket være egenskaberne ved fiberoptiske kabler, der udfører lys med minimale tab. Denne funktion gør fiberlasere utroligt energieffektive, hvilket ofte opnår effektiviteter på over 30%.
Lasere i fast tilstand er generelt mindre effektive, sandsynligvis på grund af de højere tab af deres voluminøse forstærkningsmedium og behovet for højintensitetslamper til pumpning.
③ Beamkvalitet: påvirker direkte effektiviteten af lasere i præcisionsapplikationer
Enkelt-mode-drift af fiberlasere giver utrolig høj strålekvalitet, kendetegnet ved tæt fokusering og minimal divergens.
Selvom det er i stand til at tilvejebringe bjælker af høj kvalitet, har det ofte svært ved at matche strålekvaliteten af fiberlasere, især ved højere effektniveauer.
På trods af deres lavere effektivitet og bjælkekvalitet er faststoflasere ikke uden deres fordele. De har kraftfulde strømskaleringsfunktioner, hvilket gør dem ideelle til applikationer med høj effekt. Lasere med fast tilstand kan designes til at producere utroligt høje effektniveauer ved at øge størrelsen på forstærkningsmediet og pumpekraften, som ikke er så enkel for fiberlasere på grund af begrænsninger i fiberstørrelse og varmeafledning.
④ Stabilitetsfiberlasere har høj stabilitet.
Dens fiberstruktur er ufølsom over for miljøændringer (såsom temperatur, fugtighed, vibrationer osv.) Og kan opretholde en stabil arbejdstilstand i relativt barske miljøer. På samme tid bruger fiberlasere en solid-state struktur og indeholder ikke optiske komponenter med fri rum, så de betragtes som mere holdbare og tilpasningsdygtige til miljøændringer.
Stabiliteten af faststoflasere er relativt dårlig, og ændringer i miljøfaktorer kan have en større indflydelse på deres præstation.
⑤ varmeafledning ydeevne
Fiberlasere har fremragende varmeafledning. Dens forstærkningsmedium er optisk fiber, der har et stort forhold mellem overfladeareal og volumen, og varmen kan spredes hurtigt, så det kan fungere stabilt i lang tid og kan modstå høj effekt.
Lasere med fast tilstand er relativt vanskelige at sprede varme og er tilbøjelige til termiske effekter, når de kører ved høj effekt, hvilket påvirker laserens ydelse og levetid.
⑥ Størrelse og vedligeholdelsesomkostningsfiberlasere er meget kompakte og kræver næsten ingen vedligeholdelse.
Den lille størrelse af fiberen og fraværet af eksterne spejle reducerer i høj grad justeringsproblemerne forbundet med lasere i fast tilstand. Derudover kræver fiberens fremragende varmeafledningsevne normalt ikke aktiv afkøling, hvilket yderligere reducerer vedligeholdelseskrav. På samme tid er fiberlasere generelt mere sikre at fungere, fordi laseren er begrænset inden for fiberen, hvilket reducerer risikoen for utilsigtet eksponering.
Tilpasningen af spejle i lasere i fast tilstand er kritisk for deres drift og kræver regelmæssig inspektion og justering, hvilket øger vedligeholdelsesarbejdsbyrden. Derudover kræver faststoflasere normalt aktiv afkøling for at håndtere den varme, der genereres i forstærkningsmediet, hvilket ikke kun øger systemets kompleksitet, men også øger vedligeholdelseskravene. Lasere med fast tilstand har en tendens til at være større end fiberlasere. Behovet for store gevinstspejle og eksterne spejle øger deres størrelse og vægt, hvilket begrænser deres anvendelighed i applikationer med begrænset plads.
2. applikationsfelter
Fiberlasere skinner inden for industriel skæring og svejsning med deres høje effekt, højstrålekvalitet, god varmeafledning ydeevne og stabilitet. Fiberlasere er især velegnede til tyk pladeskæring og svejsning af metalmaterialer. Deres høje elektro-optiske konverteringseffektivitet og justeringsfri og vedligeholdelsesfri design reducerer brugsomkostningerne og vanskeligheden ved vedligeholdelse. På samme tid får den høje tolerance af fiberlasere over for barske arbejdsmiljøer, såsom støv, vibrationer, fugtighed osv., At de også fungerer godt på forskellige industrielle steder. Kontinuerlige lasere har en høj grad af penetration inden for makroforarbejdning og har gradvist erstattet traditionelle behandlingsmetoder på dette område.
Lasere med fast tilstand er unikke inden for ultra-præcision og ultra-mikro-behandling med deres høje topkraft, stor pulsenergi og laserudgang på kort bølgelængde (såsom grønt lys og ultraviolet lys). I processer som metal/ikke-metalmateriale markering, skæring, boring og svejsning kan lasere på fast tilstand opnå højere behandlingsnøjagtighed og bredere materiale anvendelighed. Især ved svejsning med høj præcision og lysh-døgnet udskrivning af ikke-metalliske materialer er faststof-lasere blevet det foretrukne udstyr på grund af deres kortbølgelængde lasere med små termiske effekter og høj behandlingsnøjagtighed. Lasere af fast tilstand bruges hovedsageligt inden for præcisionsmikro-maskering af ikke-metalliske materialer og tynde, sprøde og andre metalmaterialer på grund af deres korte bølgelængde (ultraviolet, dyb ultraviolet), kort pulsbredde (picosekund, femtosekund) og høj topkraft. Derudover bruges faststoflasere i vid udstrækning til banebrydende videnskabelig forskning inden for miljøområder, medicin, militær og så videre.
3. markedsandel
Mit land er i færd med transformation og opgradering af fremstilling fra low-end fremstilling til avanceret fremstilling. Fremstilling af low-end tegner sig for en høj andel. Makroforarbejdningsmarkedet dækker både lavendig fremstilling og nogle avancerede fremstilling. Markedets efterspørgsel er stor. Derfor er markedskapaciteten for fiberlasere relativt stor.
Graden af lokalisering af indenlandske lasere med lav effekt er høj, og der er mange indenlandske store producenter. I henhold til "China Laser Industry Development Report" er fiberlasere med lav effekt blevet erstattet fuldt ud af indenlandske produkter; Med hensyn til kontinuerlige fiberlasere med mellemmagt har indenlandsk kvalitet ingen åbenlyse ulemper, prisfordelen er åbenlyst, og markedsandelen er ækvivalent; Med hensyn til kontinuerlige fiberlasere med høj effekt har indenlandske mærker opnået delvis salg.
Hvad angår solide lasere, på grund af den sene udvikling i Kina, er der i øjeblikket ingen børsnoterede virksomheder med dette produkt som deres vigtigste forretning, og de køber generelt udenlandske mærker.
Fiberlasere bruges hovedsageligt inden for makroforarbejdning på grund af deres høje udgangseffekt (lasermakrobehandling refererer generelt til behandlingen af størrelsen og formen på behandlingsobjektet med påvirkningen af laserstrålen på behandlingsobjektet inden for millimeterområdet); Faste lasere er vidt brugt inden for mikroforarbejdning på grund af deres fordele, såsom kort bølgelængde, smal pulsbredde og høj spidsstyrke (mikroforarbejdning henviser generelt til behandlingen af størrelsen og formen med præcision, der når mikrometer eller endda nanometerniveau), hvilket resulterer i visse forskelle mellem brugerne af faste lasere og fiberlasere.
Generelt har faste lasere og fiberlasere forskellige applikationsfelter, og hver har sit eget applikationsfelt. Der er ingen direkte konkurrence mellem de to på de fleste områder. Inden for metalmaterialebehandling, der overlapper med området mikroforarbejdning, når metallet når en vis tykkelse, vedtager dette felt generelt traditionelle metoder eller fiberlasere på grund af omkostningsårsager. Faste lasere bruges kun i scener med tynd metaltykkelse eller høje behandlingskrav og ufølsomme over for omkostninger. Derudover er konkurrencen overlapning mellem de to lav. Faste lasere bruges hovedsageligt til behandling af ikke-metalliske materialer (glas, keramik, plast, polymerer, emballage, andre sprøde materialer osv.), Og inden for metalmaterialer bruges de i scener med høje præcisionskrav og relativt ufølsomme til omkostninger.
