Волокно-лазеры против твердотельных лазеров

В сегодняшнюю эпоху быстрого развития лазерной технологии твердотельные лазеры и волоконно-волоконные лазеры, как два основных основных лазерных продуктов, каждый из них продемонстрировал свое уникальное очарование и преимущества во многих областях, таких как промышленное производство, научные исследования и военные применения.

1. Технические принципы и различия в производительности

1.1 Усиление среды

Волокновые лазеры используют стеклянные волокна с редкими, легированными землей в качестве среды для получения среды. Под действием насосного света в волокне образуется высокая плотность мощности, что приводит к инверсии популяции уровня энергии лазера и лазерного колебания через петлю положительной обратной связи резонансной полости. Волокновые лазеры компактны и не требуют сложной системы охлаждения, а гибкость волокна делает их более выгодными в приложениях многомерного пространственного обработки. Сердечком волокно-лазера является оптическое волокно, гибкое, тонкое стекло или пластиковую нить, известную своей способностью направлять свет на больших расстояниях с минимальными потери. Волокно действует как активная среда усиления лазера и является ядром работы лазера. Однако, в отличие от невыполненного стекла или пластиковых волокон, используемых в телекоммуникациях, оптическое волокно в лазере волокна легируется редкоземельными элементами, такими как эрбий или иттербий. Это допинг вводит энергетическое состояние, необходимое для лазерной работы, позволяя волокно не только направлять свет, но и усилить его. Твердовой лазер (SSL) сосредоточен на своей уникальной среде усиления, твердого материала и обычно состоит из четырех частей: среда усиления, система охлаждения, оптической резонансной полости и источника насоса. Среда усиления, такая как Ruby (Cr: al₂o₃) или неодимий, легированный иттрий алюминиевый гранат (ND: YAG), является душой твердого лазера. Активированные ионы (такие как ND³⁺), легированные внутри ИТ, достигают инверсии населения под действием света насоса, тем самым генерируя лазерный свет. Система охлаждения отвечает за удаление тепла, накопленного внутри усиления среды из -за образования лазера, чтобы обеспечить стабильную работу лазера. Оптический резонатор образует непрерывные колебания посредством положительной обратной связи фотонов, выводя высоко монохроматический и высоко направленный лазерный луч.

1.2 Лазеры из производительности и эффективности. Эта функция делает лазеры волокна невероятно энергоэффективными, часто достигая эффективности более 30%. Твердовые лазеры, как правило, менее эффективны, вероятно, из-за более высоких потерь их больших средств среды усиления и необходимости высокоинтенсивных ламп для накачки.

1.3 Качество луча: непосредственно влияет на эффективность лазеров в точных применениях. Одномода работы лазеров волокна может обеспечить невероятно высокое качество луча, характеризующееся жесткой фокусировкой и минимальной дивергенцией. Твердовые лазеры, хотя способные обеспечить высококачественные балки, часто трудно соответствовать качеству балки лазеров волокна, особенно на более высоких уровнях мощности. Несмотря на их более низкую эффективность и качество луча, твердотельные лазеры не лишены их преимуществ. Они обладают мощными возможностями масштабирования мощности и хорошо подходят для мощных приложений. Твердовые лазеры могут быть спроектированы для получения невероятно высоких уровней мощности путем увеличения размера среды усиления и мощности насоса, что не так просто для волоконных лазеров из-за ограничений размера волокна и рассеяния тепла.

1.4 Стабильность волокно -лазеры обладают высокой стабильностью. Их структура волокна нечувствительна к изменениям окружающей среды (например, температура, влажность, вибрация и т. Д.) И может поддерживать стабильные условия труда в суровых условиях. В то же время, волокнистые лазеры считаются более прочными и адаптируемыми к изменениям окружающей среды, поскольку они используют твердотельную структуру и не содержат оптических компонентов свободного пространства. Твердовые лазеры имеют относительно плохую стабильность, и изменения в факторах окружающей среды могут оказать большее влияние на их эффективность.

1,5 Огромные волокнистые лазеры имеют превосходные характеристики рассеивания тепла. Его среда усиления - это оптическое волокно, которое имеет большое соотношение площади поверхности к объему, и тепло может быть рассеивается быстро, поэтому оно может работать в течение длительного времени и может противостоять высокой выходной мощности. Твердовые лазеры относительно трудно рассеять тепло и подвержены тепловым эффектам при работе при высокой мощности, влияя на производительность и срок службы лазера.

1.6 Размер и затраты на техническое обслуживание. Небольшой размер волокна и отсутствие внешних зеркал значительно уменьшают проблемы выравнивания, связанные с твердотельными лазерами. Кроме того, превосходные возможности рассеивания тепла волокна обычно не требуют активного охлаждения, что еще больше снижает требования к техническому обслуживанию. В то же время, волокнистые лазеры, как правило, безопаснее работать, потому что лазер ограничен в волокне, снижая риск случайного воздействия. Выравнивание зеркал в твердотельных лазерах имеет решающее значение для их работы и требует регулярной проверки и корректировки, что увеличивает рабочую нагрузку на обслуживание. Кроме того, твердотельные лазеры обычно требуют активного охлаждения для управления теплом, генерируемым в среде усиления, что не только увеличивает сложность системы, но и увеличивает требования к обслуживанию. Твердовые лазеры, как правило, больше, чем волокнистые лазеры. Необходимость в зеркалах с большим усилением и внешними зеркалами увеличивает их размер и вес, ограничивая их применимость в приложениях с ограниченным пространством.

2. Поля приложения

Волокновые лазеры сияют в области промышленной резки и сварки с высокой мощностью, высоким качеством луча, хорошими характеристиками рассеяния тепла и стабильностью. Волокновые лазеры особенно подходят для толстой пластинчатой ​​резки и сварки металлических материалов. Их высокая эффективность электрооптического преобразования и безрегулированные и без технического обслуживания конструкция значительно снижает стоимость использования и сложность технического обслуживания. В то же время высокая терпимость лазеров волокон к суровой рабочей среде, таких как пыль, вибрация, влажность и т. Д., Также заставляет их хорошо работать в различных промышленных площадках. Непрерывные лазеры имеют высокую степень проникновения в области макро -обработки и постепенно заменяют традиционные методы обработки в этой области. Твердовые лазеры уникальны в области ультра-определения и ультра-микро-обработки с их высокой пиковой мощностью, большой энергией импульса и коротковолновой лазерной выходом (например, зеленого света и ультрафиолетового света). В таких процессах, как маркировка металлов/неметаллического материала, резка, бурение и сварка, твердотельные лазеры могут достичь более высокой точности обработки и более широкой применимости материала. Особенно в высокой сварке и световой 3D-печати неметаллических материалов твердотельные лазеры стали предпочтительным оборудованием из-за их коротковолновых лазеров с небольшими тепловыми эффектами и высокой точностью обработки. Твердовые лазеры в основном используются в области точного микро-картины неметаллических материалов и тонких, хрупких и других металлических материалов из-за их короткой длины волны (ультрафиолетовая, глубокая ультрафиолетовая), короткая ширина импульса (Picosecond, Femtosecond) и высокая пиковая мощность. Кроме того, твердотельные лазеры широко используются в передовых научных исследованиях в области окружающей среды, медицины, военных и так далее.

3. Доля рынка моя страна находится в процессе трансформации и модернизации производственной промышленности с низкого уровня производства до высококлассного производства. Низкоуровневая производство составляет высокую долю. Рынок макро-обработки охватывает как производство низкого уровня, так и некоторое высококачественное производство. Рыночный спрос большой. Следовательно, рыночная мощность волоконных лазеров относительно большая. Внутренние волокнистые лазеры с низким энергопотреблением очень локализованы, и есть много крупномасштабных внутренних производителей. Согласно «Отчету о развитии лазерной индустрии Китая», лазеры с низким энергопотреблением были полностью заменены внутренними продуктами; С точки зрения лазеров средней мощности непрерывного волокна, внутреннее качество не имеет очевидных недостатков, ценовое преимущество очевидно, а доля рынка сопоставима; С точки зрения мощных непрерывных волоконных лазеров, домашние бренды достигли частичных продаж. Что касается твердотельных лазеров, то из-за позднего развития в Китае в настоящее время нет перечисленных компаний с этим продуктом в качестве основного бизнеса, и они, как правило, покупают иностранные бренды. Волокновые лазеры в основном используются в области макро -обработки из -за их высокой выходной мощности (лазерная макро -обработка, как правило, относится к обработке размера и формы объекта обработки с влиянием лазерного луча на уровне миллиметра); Сплошные лазеры широко используются в области микро -обработки из -за их преимуществ, таких как короткая длина волны, узкая ширина импульса и высокая пиковая мощность (микропроцесса, как правило, относится к обработке размера и формы с точностью до достижения микрометров или даже нанометров), что приводит к определенным различиям между пользователями твердых лазеров и волоконных лазеров. В целом, твердые лазеры и волокнистые лазеры имеют разные фокусы в своих областях применения, и у каждого есть свое собственное поле применения. Не существует прямой конкуренции между ними в большинстве областей. В области обработки металлического материала, которая перекрывается с полем микро -обработки, когда металл достигает определенной толщины, это поле, как правило, принимает традиционные методы или волоконные лазеры по причинам затрат. Сплошные лазеры используются только в сценах, где толщина металла тонкая или требования к обработке высоки, а стоимость не чувствительна. Кроме того, конкуренция перекрывается между ними низкая. Сплошные лазеры в основном используются для обработки неметаллических материалов (стекло, керамика, пластмассы, полимеры, упаковку, другие хрупкие материалы и т. Д.), А в области металлических материалов они используются в сценах с высокой точностью и относительно нечувствительны к стоимости.