Kuitulaserit vs. solid-state-laserit

Laser-tekniikan nopean kehityksen, kiinteän tilan laserien ja kuitulaserien nopean kehityksen aikakaudella, koska kaksi suurta valtavirran lasertuotteita ovat osoittaneet kukin heidän ainutlaatuisen viehätysvoimansa ja edut monilla aloilla, kuten teollisuustuotanto, tieteellinen tutkimus ja sotilassovellukset.

1. Tekniset periaatteet ja suorituserot

1.1 Vahvistusväliaine

Kuitulaserit käyttävät harvinaisia ​​maametallit-lasialasikuituja sakkomediana. Pumpun valon vaikutuksen mukaan kuidussa muodostuu suuritehoiden tiheys, mikä johtaa laserenergiatason ja laser värähtelyn populaation inversioon resonanssitelon positiivisen palautteen silmukan kautta. Kuitulaserit ovat kompakteja eivätkä vaadi monimutkaista jäähdytysjärjestelmää, ja kuidun joustavuus tekee niistä edullisempia moniulotteisissa avaruuskäsittelysovelluksissa. Kuitulaserin ydin on optinen kuitu, joustava, hiusohen lasi tai muovinen filamentti, joka tunnetaan kyvystään ohjata valoa pitkillä etäisyyksillä vähäisellä menetyksellä. Kuitu toimii laserin aktiivisena vahvistusväliaineena ja on laserin operaation ydin. Toisin kuin televiestinnässä käytettyjen lasi- tai muovikuitujen, kuitulaserin optinen kuitu on kuitenkin seostettu harvinaisten maametallien elementeillä, kuten Erbium tai Ytterbium. Tämä doping esittelee laserkäyttöön tarvittavan energiatilan, jonka avulla kuitu ei vain ohjata valoa, vaan myös vahvistaa sitä. Kiinteän tilan laser (SSL) on keskittynyt sen ainutlaatuiseen vahvistusväliaineeseen, kiinteään materiaaliin, ja se koostuu yleensä neljästä osasta: VAIN-väliaine, jäähdytysjärjestelmä, optinen resonanssiontelo ja pumpun lähde. Vahvistusväliaine, kuten Ruby (CR: al₂o₃) tai neodyymi-seostettu yttriumalumiini-granaatti (nd: yag), on kiinteän tilan laserin sielu. Sen sisäpuolella olevat aktivoidut ionit (kuten Nd³⁺) saavuttavat populaation inversion pumpun valon vaikutuksesta, tuottaen siten laservaloa. Jäähdytysjärjestelmä on vastuussa Laser -muodostumisen vuoksi kertyneen lämmön poistamisesta laserin vakaan toiminnan varmistamiseksi. Optinen resonaattori muodostaa jatkuvia värähtelyjä fotonien positiivisen palautteen avulla, joka tuottaa erittäin yksivärisen ja erittäin suuntaisen lasersäteen.

1.2 Suorituskyky- ja tehokkuuskuitulaserit tunnetaan erinomaisesta sähkötehokkuudestaan ​​kuituoptisten kaapelien luonteen ansiosta, jotka voivat johtaa valoon pienellä menetyksellä. Tämä ominaisuus tekee kuitulasereista uskomattoman energiatehokasta, ja se saavuttaa usein yli 30%: n tehokkuuden. Kiinteän tilan laserit ovat yleensä vähemmän tehokkaita, todennäköisesti johtuen niiden suurempien vahvistusväliaineiden suuremmista häviöistä ja pumppaamista varten korkean intensiteetin lamppujen tarve.

1.3 Säteen laatu: Vaikuttaa suoraan laserien tehokkuuteen kuitulaserien tarkkuussovelluksissa yksimoodinen toiminta voi tarjota uskomattoman kaukovaran laadun, jolle on ominaista tiukka keskittyminen ja minimaalinen ero. Kiinteän tilan laserit, vaikka ne kykenevät tarjoamaan korkealaatuisia palkkeja, on usein vaikea sovittaa kuitulaserien säteen laatua, etenkin korkeammilla tehitasoilla. Huolimatta heidän alhaisemmasta tehokkuudestaan ​​ja säteen laadustaan, kiinteän tilan laserit eivät ole ilman etuja. Heillä on tehokkaita tehon skaalausominaisuuksia ja ne sopivat hyvin suuritehoisiin sovelluksiin. Kiinteän tilan laserit voidaan suunnitella tuottamaan uskomattoman korkeat tehotasot lisäämällä vahvistusväliaineen ja pumpun tehon kokoa, mikä ei ole niin yksinkertainen kuitulasereille kuidun koon ja lämmön hajoamisen rajoitusten vuoksi.

1.4 Stabiilisuuskuitulaserit ovat korkea stabiilisuus. Niiden kuiturakenne ei ole herkkä ympäristömuutoksille (kuten lämpötila, kosteus, tärinä jne.) Ja voi ylläpitää vakavia työoloja ankarissa ympäristöissä. Samanaikaisesti kuitulasereita pidetään kestävämmänä ja mukautuvana ympäristömuutoksiin, koska ne käyttävät kiinteän tilan rakennetta eivätkä sisällä vapaan tilan optisia komponentteja. Kiinteän tilan lasereilla on suhteellisen huono stabiilisuus, ja ympäristötekijöiden muutoksilla voi olla suurempi vaikutus niiden suorituskykyyn.

1.5 Lämmön hajotuskuitulasereilla on erinomainen lämmön hajoaminen. Sen vahvistusväliaine on optinen kuitu, jolla on suuri pinta -alan ja tilavuussuhde, ja lämpö voidaan hajottaa nopeasti, joten se voi toimia vakaasti pitkään ja kestää suuren tehon. Kiinteän tilan lasereita on suhteellisen vaikeaa hajottaa lämpöä, ja ne ovat alttiita lämpövaikutuksille, kun ne toimivat suurella voimalla, mikä vaikuttaa laserin suorituskykyyn ja elämään.

1.6 Koko- ja ylläpitokustannuskuitulaserit ovat erittäin kompakteja ja vaativat melkein ilman huoltoa. Kuidun pieni koko ja ulkoisten peilien puuttuminen vähentävät huomattavasti solid-state-laseriin liittyviä kohdistusongelmia. Lisäksi kuidun erinomaiset lämmön hajoamisominaisuudet eivät yleensä vaadi aktiivista jäähdytystä vähentäen edelleen huoltovaatimuksia. Samanaikaisesti kuitulaserit ovat yleensä turvallisempia toimia, koska laser rajoittuu kuidun sisällä vähentäen vahingossa tapahtuvan altistumisen riskiä. Peilien kohdistaminen solid-state-lasereissa on kriittistä niiden toimintaan ja vaatii säännöllistä tarkastusta ja säätämistä, mikä lisää huoltotasoa. Lisäksi kiinteiden tilan laserit vaativat yleensä aktiivista jäähdytystä vahvistusväliaineessa syntyneen lämmön hallitsemiseksi, mikä ei vain lisää järjestelmän monimutkaisuutta, vaan lisää myös ylläpitovaatimuksia. Kiinteän tilan laserit ovat yleensä suurempia kuin kuitulaserit. Suurten vahvistuspeilien ja ulkoisten peilien tarve lisää niiden kokoa ja painoa rajoittaen niiden sovellettavuutta sovelluksissa, joissa on rajoitetusti tilaa.

2. sovelluskentät

Kuitulaserit loistavat teollisuuden leikkaamisen ja hitsauksen alalla suurella teholla, kaukovarastolla, hyvällä lämmön hajoamisen suorituskyvyllä ja stabiilisuudella. Kuitulaserit ovat erityisen sopivia metallimateriaalien paksuun levyleikkaukseen ja hitsaukseen. Niiden korkea sähköoptinen muuntamistehokkuus ja säätövapaa ja ylläpitovapaa suunnittelu vähentävät huomattavasti käyttökustannuksia ja ylläpidon vaikeuksia. Samanaikaisesti kuitulaserien korkea toleranssi ankariin työympäristöihin, kuten pöly, värähtely, kosteus jne., Myös ne toimimaan hyvin eri teollisuusalueilla. Jatkuvilla lasereilla on suuri tunkeutumisaste makrokäsittelyn alalla, ja ne ovat vähitellen korvanneet perinteiset prosessointimenetelmät tällä alalla. Kiinteän tilan laserit ovat ainutlaatuisia ultravalvonnan ja ultra-mikrrojen prosessoinnin alalla niiden korkealla piikkiteholla, suurella pulssienergialla ja lyhyen aallonpituuden laserlähtöllä (kuten vihreä valo ja ultraviolettivalo). Prosesseissa, kuten metalli/ei-metallimateriaalimerkinnät, leikkaus, poraus ja hitsaus, solid-state-laserit voivat saavuttaa suuremman prosessointitarkkuuden ja laajemman materiaalin sovellettavuuden. Erityisesti korkean tarkkuuden hitsaus- ja kevyt kovettavissa 3D-tulostuksessa ei-metallimateriaaleja, kiinteiden tilan lasereita on tullut edullisiksi laitteiksi johtuen niiden lyhyen aallonpituuden lasereista, joilla on pienet lämpövaikutukset ja korkea prosessointitarkkuus. Kiinteän tilan lasereita käytetään pääasiassa ei-metallisten materiaalien tarkkuuden mikrohuoneen ja ohuiden, hauras- ja muiden metallimateriaalien kentällä niiden lyhyen aallonpituuden (ultravioletti, syvä ultravioletti), lyhyen pulssileveyden (pikosekuntien, femtosekunnin) ja korkean huipputehon vuoksi. Lisäksi kiinteän tilan lasereita käytetään laajasti huippuluokan tieteellisessä tutkimuksessa ympäristö-, lääketieteen, armeijan ja niin edelleen.

3. Markkinaosuus, jota kotimaani on valmistusteollisuuden muutos- ja päivittämisprosessissa huippuluokan valmistuksesta huippuluokan valmistukseen. Pienen päävalmistuksen osuus on suuri. Makrokekäsittelymarkkinat kattavat sekä huippuluokan valmistuksen että jonkin verran huippuluokan valmistuksen. Markkinoiden kysyntä on suuri. Siksi kuitulaserien markkinoiden kapasiteetti on suhteellisen suuri. Kotimaan pienitehoiset kuitulaserit ovat erittäin paikallisia, ja kotimaisia ​​valmistajia on monia. "Kiinan laseriteollisuuskehitysraportin" mukaan pienitehoiset kuitulaserit on korvattu kokonaan kotimaisilla tuotteilla; Keskipitkien jatkuvien kuitulaserien suhteen kotimaisella laatuun ei ole ilmeisiä haittoja, hintaetu on ilmeinen ja markkinaosuus on vertailukelpoinen; Suurten jatkuvien kuitulaserien suhteen kotimaiset tuotemerkit ovat saavuttaneet osittaisen myynnin. Kiinteän valtion laserien osalta Kiinan myöhäisen kehityksen vuoksi ei tällä hetkellä ole noteeroituja yrityksiä, joiden tuote on heidän pääliiketoimintansa, ja he yleensä ostavat ulkomaisia ​​tuotemerkkejä. Kuitulasereita käytetään pääasiassa makrokäsittelyn alalla niiden suuren lähtötehon vuoksi (lasermakrojen prosessointi viittaa yleensä prosessointiobjektin koon ja muodon prosessointiin lasersäteen vaikutuksella millimetrin tasolle); Kiinteitä lasereita käytetään laajasti mikroprosessoinnin alalla niiden etujen, kuten lyhyen aallonpituuden, kapean pulssin leveyden ja korkean huipputehon vuoksi (mikroprosessointi, viittaa yleensä koon ja muodon käsittelyyn tarkkuudella, joka saavuttaa mikrometrien tai jopa nanometrien), mikä johtaa tiettyihin eroihin kiinteiden laserien ja kuitulasien käyttäjien välillä. Yleensä kiinteillä lasereilla ja kuitulasereilla on erilaiset tarkennukset soveltamisaloillaan, ja jokaisella on oma sovelluskenttä. Useimmissa aloilla ei ole suoraa kilpailua. Metallimateriaalin käsittelyn alalla, joka on päällekkäinen mikroprosessoinnin kanssa, kun metalli saavuttaa tietyn paksuuden, tämä kenttä käyttää yleensä perinteisiä menetelmiä tai kuitulasereita kustannussyistä. Kiinteitä lasereita käytetään vain kohtauksissa, joissa metallin paksuus on ohut tai prosessointivaatimukset ovat korkeat ja kustannukset eivät ole herkkiä. Lisäksi kilpailun päällekkäisyys näiden kahden välillä on alhainen. Kiinteitä lasereita käytetään pääasiassa ei-metallisten materiaalien (lasi, keramiikka, muovit, polymeerit, pakkaukset, muut hauraita materiaaleja jne.) Käsittelyyn, ja metallimateriaalien alalla niitä käytetään kohtauksissa, joissa on erittäin tarkkoja vaatimuksia ja suhteellisen herkkä kustannuksille.