Lasery s vlákny vs. lasery s pevným státem

V dnešní éře rychlého vývoje laserové technologie, pevných laserů a laserů vláken, jako dva hlavní mainstreamové laserové produkty, prokázaly své jedinečné kouzlo a výhody v mnoha oborech, jako je průmyslová produkce, vědecký výzkum a vojenské aplikace.

1. Technické principy a rozdíly ve výkonu

1.1 Získat médium

Vláknité lasery používají skleněná vlákna dopovaná vzácnou zemí jako zisk. Pod působením světla čerpadla se ve vláknu vytvoří vysoká hustota výkonu, což vede k inverzi populace hladiny energie laserové energie a laserovou oscilaci prostřednictvím pozitivní zpětné vazby rezonanční dutiny. Lasery vlákna jsou kompaktní a nevyžadují komplexní chladicí systém a flexibilita vlákna je činí výhodnějšími v aplikacích s vícerozměrným zpracováním prostoru. Jádro laseru vlákna je optické vlákno, flexibilní, tenké sklo nebo plastové vlákno známé pro jeho schopnost vést světlo na velké vzdálenosti s minimální ztrátou. Vlákno působí jako aktivní ziskové médium laseru a je jádrem operace laseru. Na rozdíl od nenopovaného skla nebo plastových vláken použitých při telekomunikacích je však optické vlákno v laseru vlákna dopováno vzácnými prvky, jako je erbium nebo ytterbium. Toto doping zavádí energetický stav potřebný pro provoz laseru, což umožňuje vláknu nejen vést světlo, ale také jej zesílit. Laser s pevným státem (SSL) je soustředěn na svůj jedinečný ziskový médium, pevný materiál a obvykle se skládá ze čtyř částí: získávání média, chlazení, optickou rezonanční dutinu a zdroj čerpadla. Ziskové médium, jako je Ruby (Cr: al₂o₃) nebo neodymium dopovaný yttrium hliníkový granet (ND: YAG), je duše pevného laseru. Aktivované ionty (jako je NDstí) dopované uvnitř IT dosahují inverze populace pod působením světla čerpadla, čímž vytvářejí laserové světlo. Chladicí systém je zodpovědný za odstranění tepla nahromaděného uvnitř média zisku v důsledku tvorby laseru, aby se zajistila stabilní provoz laseru. Optický rezonátor tvoří nepřetržité oscilace prostřednictvím pozitivní zpětné vazby fotonů a vydává vysoce monochromatický a vysoce směrový laserový paprsek.

1.2 LASERS PERFERFUJÍCÍ A VELKÝCH Vlákna jsou známé svou vynikající elektrickou účinností díky povaze kabelů z optických vláken, které mohou provádět světlo s minimální ztrátou. Tato funkce způsobuje, že lasery vlákniny jsou neuvěřitelně energeticky účinné a často dosahují účinnosti více než 30%. Lasery s pevným státem jsou obecně méně efektivní, pravděpodobně kvůli vyšším ztrátám jejich většího zisku a potřeby vysoce intenzivních lamp pro čerpání.

1.3 Kvalita paprsku: Přímo ovlivňuje účinnost laserů v přesných aplikacích Jedno režimová provoz laserů vláken může poskytnout neuvěřitelně vysokou kvalitu paprsku, charakterizované těsným zaostřením a minimální divergencí. Lasery s pevným státem, i když jsou schopné poskytovat vysoce kvalitní paprsky, jsou často obtížné odpovídat kvalitě laserů vlákna paprsku, zejména při vyšších úrovních výkonu. Navzdory jejich nižší účinnosti a kvalitě paprsku nejsou lasery v pevném stavu bez jejich výhod. Mají silné schopnosti škálování výkonu a jsou vhodné pro vysoce výkonné aplikace. Lasery s pevným stavem mohou být navrženy tak, aby produkovaly neuvěřitelně vysokou úroveň výkonu zvýšením velikosti ziskového média a výkonu čerpadla, což není pro lasery vlákna tak jednoduché kvůli omezením velikosti vlákna a rozptylu tepla.

1.4 Lasery stability mají vysokou stabilitu. Jejich struktura vláken je necitlivá na změny životního prostředí (jako je teplota, vlhkost, vibrace atd.) A může udržovat stabilní pracovní podmínky v drsném prostředí. Zároveň jsou lasery vláken považovány za odolnější a přizpůsobivější pro změny prostředí, protože používají strukturu pevného stavu a neobsahují optické komponenty volného prostoru. Lasery s pevným státem mají relativně špatnou stabilitu a změny v faktorech prostředí mohou mít větší dopad na jejich výkon.

1.5 Lasery pro rozptyl tepla mají vynikající výkon rozptylu tepla. Její mediální médium je optické vlákno, které má velký poměr povrchu k objemu a teplo může být rychle rozptýleno, takže může fungovat stabilně po dlouhou dobu a vydržet vysoký výkon. Lasery s pevným státem jsou relativně obtížné rozptýlit teplo a jsou náchylné k tepelným účinkům při provozu při vysokém výkonu, což ovlivňuje výkon a životnost laseru.

1.6 Náklady na velikost a údržbu laserů jsou velmi kompaktní a nevyžadují téměř žádnou údržbu. Malá velikost vlákna a nepřítomnost vnějších zrcadel výrazně snižují problémy se zarovnáním spojené s lasery pevného stavu. Kromě toho vynikající schopnosti rozptylu tepla vlákna obvykle nevyžadují aktivní chlazení, což dále snižuje požadavky na údržbu. Současně jsou vlákniny obecně bezpečnější, protože laser je omezen uvnitř vlákna, což snižuje riziko náhodné expozice. Zarovnání zrcadel v laserech v pevném stavu je rozhodující pro jejich provoz a vyžaduje pravidelnou kontrolu a přizpůsobení, což zvyšuje pracovní zátěž. Kromě toho lasery v pevném stavu obvykle vyžadují aktivní chlazení pro řízení tepla generovaného v médiu na zisk, což nejen zvyšuje složitost systému, ale také zvyšuje požadavky na údržbu. Lasery s pevným státem bývají větší než lasery vlákna. Potřeba velkých zrcátek a externích zrcadel zvyšuje jejich velikost a hmotnost a omezuje jejich použitelnost v aplikacích s omezeným prostorem.

2. pole aplikací

Lasery vlákniny svítí v oblasti průmyslového řezání a svařování s vysokou energií, vysokou kvalitou paprsku, dobrým výkonem a stabilitou rozptylu tepla. Vláknové lasery jsou zvláště vhodné pro silné řezání destiček a svařování kovových materiálů. Jejich vysoká elektrooptická účinnost přeměny a bez údržby a bez údržby výrazně snižují náklady na používání a obtížnosti údržby. Současně je také vysoká tolerance laserů vláken na tvrdé pracovní prostředí, jako je prach, vibrace, vlhkost atd. Kontinuální lasery mají vysoký stupeň penetrace v oblasti makro zpracování a v tomto poli postupně nahrazují tradiční metody zpracování. Lasery s pevným stavem jsou jedinečné v oblasti ultra-přesnosti a ultramicro zpracování s vysokým maximálním výkonem, velkým pulzním energií a výstupem laseru s krátkou vlnovou délkou (jako je zelené světlo a ultrafialové světlo). V procesech, jako je označení kovového/nekovového materiálu, řezání, vrtání a svařování, lasery v pevném státě mohou dosáhnout vyšší přesnosti zpracování a širší použitelnost materiálu. Zejména ve vysoce přesném svařování a 3D tisku nekovových materiálů s rozvíjejícím se světlem se lasery s pevným státem staly preferovaným vybavením kvůli jejich laserům s krátkou vlnovou délkou s malými tepelnými účinky a vysokou přesností zpracování. Lasery s pevným státem se používají hlavně v oblasti přesného mikro-machinujícího nekovových materiálů a tenkých, křehkých a jiných kovových materiálů díky jejich krátké vlnové délce (ultrafialové, hluboké ultrafialové), krátké šířky pulsu (picosekunda, femtosekunda). Kromě toho se lasery pevných států široce používají při špičkovém vědeckém výzkumu v oblasti životního prostředí, medicíny, armády atd.

3. podíl na trhu, moje země je v procesu transformace a modernizace výrobního průmyslu z nízkopodnikové výroby na špičkovou výrobu. Low-end výrobní představuje vysoký podíl. Trh s makro zpracováním pokrývá nízkopodnickou výrobu i nějakou špičkovou výrobu. Poptávka na trhu je velká. Proto je tržní kapacita laserů vláken relativně velká. Domácí lasery s nízkým výkonem jsou vysoce lokalizované a existuje mnoho rozsáhlých domácích výrobců. Podle „Zprávy o rozvoji průmyslu v čínském laserovém průmyslu“ byly lasery s nízkým výkonem plně nahrazeny domácími produkty; Pokud jde o kontinuální lasery s vlákny středního výkonu, domácí kvalita nemá zjevné nevýhody, cenová výhoda je zřejmá a podíl na trhu je srovnatelný; Pokud jde o vysoce výkonné lasery s kontinuálními vlákny, domácí značky dosáhly částečného prodeje. Pokud jde o lasery v pevném stavu, kvůli pozdnímu vývoji v Číně v současné době neexistují žádné společnosti s tímto produktem jako jejich hlavní podnikání a obvykle nakupují zahraniční značky. Vláknové lasery se používají hlavně v oblasti makro zpracování kvůli jejich vysokému výstupnímu výkonu (laserové makro zpracování se obecně týká zpracování velikosti a tvaru zpracovatelského objektu s vlivem laserového paprsku na milimetrovou úroveň); Pevné lasery se široce používají v oblasti mikro zpracování díky jejich výhodám, jako je krátká vlnová délka, šířka úzkého pulsu a vysoká špičková síla (mikro zpracování obecně odkazuje na zpracování velikosti a tvaru s přesným dosažením mikrometrů nebo dokonce nanometrů), což vede k určitým rozdílům mezi uživateli pevných laserů a vlákniny. Obecně platí, že pevné lasery a lasery vlákna mají ve svých aplikačních polích různé zaměření a každá z nich má své vlastní aplikační pole. Ve většině oborů neexistuje žádná přímá konkurence. V oblasti zpracování kovových materiálů, které se překrývá s poli mikro zpracování, když kov dosáhne určité tloušťky, toto pole obecně přijímá tradiční metody nebo lasery z vláken z důvodu nákladových důvodů. Pevné lasery se používají pouze ve scénách, kde je tloušťka kovu tenká nebo požadavky na zpracování jsou vysoké a náklady nejsou citlivé. Kromě toho je překrývání konkurence mezi nimi nízká. Pevné lasery se používají hlavně pro zpracování nekovových materiálů (sklo, keramika, plasty, polymery, balení, jiné křehké materiály atd.) A v oblasti kovových materiálů se používají ve scénách s vysokou přesností a relativně necitlivé na náklady.