V dnešnej ére rýchleho rozvoja laserových technológií ukázali v mnohých oblastiach lasery a vláknové lasery, ako sú dva hlavné tradičné laserové výrobky.
1. Technické princípy a rozdiely vo výkonnosti
① Získajte médium
Vláknové lasery používajú ako ziskové médiá sklenené vlákna dopované vzácnymi zemami. Pri pôsobení svetla čerpadla sa vo vlákne vytvára vysoká hustota energie, čo vedie k inverzii populácie laserovej energie a laserová oscilácia sa generuje 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 energetické stavy potrebné na laserovú prevádzku, čo umožňuje vlákneniu nielen usmerňovať svetlo, ale aj jeho zosilnenie.
Laser v pevnom 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. Získajte médium, napríklad Ruby (Cr: al₂o₃) alebo hliníkový granát YTTRIUM s noodymom (ND: YAG), je dušou pevných laserov. Aktivované ióny (napríklad ND³⁺) dotkované vo vnútri dosahujú inverziu čísla častíc pod pôsobením svetla čerpadla, čím sa generuje laser. Chladiaci systém je zodpovedný za odstránenie tepla nahromadeného vo vnútri ziskového média v dôsledku generovania laserom, aby sa zabezpečila stabilná prevádzka lasera. Optická rezonančná dutina tvorí nepretržitú osciláciu pozitívnou spätnou väzbou na fotóny a výstupuje vysoko monochromatický a vysoko smerujúci laserový lúč.
② výkon a efektívnosť
Vláknové lasery sú známe svojou výnimočnou elektrickou účinnosťou vďaka povahe káblov z optických vlákien, ktoré vedú svetlo s minimálnymi stratami. Vďaka tejto funkcii je vláknité lasery neuveriteľne energeticky účinné a často dosahujú účinnosť presahujúcu 30%. Lasery v pevnom stave sú vo všeobecnosti menej účinné, pravdepodobne kvôli vyšším stratám ich objemného ziskového média a potreby vysoko intenzívnych žiaroviek na čerpanie.
③ Kvalita lúča: priamo ovplyvňuje účinnosť lasera v presných aplikáciách. Prevádzka jednosmerného režimu vláknových laserov môže poskytnúť neuveriteľne vysokú kvalitu lúča, ktorá sa vyznačuje tesným zaostrením a minimálnou divergenciou. Aj keď lasery v pevnom stave sú schopné poskytovať vysoko kvalitné lúče, často sa ťažko zhodujú s kvalitou lúča vlákien, najmä pri vyšších úrovniach energie. Napriek nižšej účinnosti a kvalite lúča, lasery v tuhých stave nie sú bez ich výhod. Majú výkonné schopnosti škálovania energie a sú veľmi vhodné pre aplikácie s vysokým výkonom. 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.
④ Lasery vlákna stability majú vysokú stabilitu. Ich štruktúra vlákien je necitlivá na zmeny životného prostredia (ako je teplota, vlhkosť, vibrácie atď.) A môže udržiavať stabilný pracovný stav v relatívne tvrdých prostrediach. Vláknové lasery súčasne používajú štruktúru v tuhom stave a neobsahujú optické komponenty voľného priestoru, takže sa považujú za odolnejšie a schopné prispôsobiť sa zmenám životného prostredia. Lasery v pevnom stave majú relatívne zlú stabilitu a zmeny v environmentálnych faktoroch môžu mať väčší vplyv na ich výkon.
⑤ Výkonné lasery na rozptýlenie tepla 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 vydrží vysoký výkon. Rozptyľovanie tepla laserov v tuhom stave je relatívne ťažké a problémy s tepelným účinkom sa môžu vyskytovať pri prevádzke pri vysokej energii, čo ovplyvňuje výkon a životnosť lasera.
⑥ lasery veľkosti a údržby nákladov sú veľmi kompaktné a takmer bez údržby. Malá veľkosť vlákna a neprítomnosť vonkajších zrkadiel výrazne znižujú problémy so zarovnaním spojenými s lasermi v tuhom stave. Okrem toho vynikajúca schopnosť rozptylu tepla vlákna zvyčajne nevyžaduje 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. Pole 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 bez ohľadu na úpravu a dizajn 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 krátkou vlnovou dĺžkou s malými tepelnými efektmi a vysokou presnosťou spracovania. Lasery z pevného stavu 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 krátkych impulzov (PicoseCond, FemtoseCond) a vysoké maximálna sila. 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 výroby 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.
Stupeň lokalizácie domácich nízkoenergetických vlákien laserov je vysoký a existuje veľa domácich výrobcov vo veľkom meradle. 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 rovnocenný; Pokiaľ ide o vysokorýchlostné kontinuálne vláknové lasery, domáce značky dosiahli čiastočný predaj.
Pokiaľ ide o solídne lasery, 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 vysokého výstupného výkonu (laserové makro spracovanie sa vo všeobecnosti vzťahuje na spracovanie veľkosti a tvaru spracovateľského objektu s vplyvom laserového lúča na objekt spracovania v rozsahu milimetrov ); Pevné lasery sa široko používajú v oblasti mikro spracovania kvôli ich výhodám, ako je krátka vlnová dĺžka, úzka šírka impulzov a vysoký maximálny výkon (mikro spracovanie sa vo všeobecnosti vzťahuje na spracovanie veľkosti a tvaru s presnosťou dosiahnutím mikrometru alebo dokonca nanometrovej hladiny ), čo vedie k určitým rozdielom medzi používateľmi pevných laserov a vláknových laserov.
Všeobecne platí, že pevné lasery a vláknité lasery majú rôzne oblasti aplikácií a každá z nich má svoje vlastné pole aplikácií. 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 s hrúbkou tenkého kovu alebo vysokým požiadavkám na spracovanie a necitlivé na náklady. 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 požiadavkami relatívne necitlivý na náklady.
