I dagens epoke med rask utvikling av laserteknologi har solid-state lasere og fiberlasere, som to store mainstream laserprodukter, vist sin unike sjarm og fordeler på mange felt som industriell produksjon, vitenskapelig forskning og militære applikasjoner.
1. Tekniske prinsipper og ytelsesforskjeller
① Få medium
Fiberlasere bruker sjeldne jorddopte glassfibre som gevinstmedier. Under virkningen av pumpelys dannes høy effekttetthet i fiberen, noe som resulterer i en populasjonsinversjon av laserenerginivået, og laseroscillasjon genereres gjennom den positive tilbakemeldingssløyfen i resonanshulen. Fiberlasere er kompakte og krever ikke et komplekst kjølesystem, og fiberens fleksibilitet gjør dem mer fordelaktige i flerdimensjonale rombehandlingsapplikasjoner.
Kjernen i en fiberlaser er en optisk fiber, et fleksibelt, hårtynt glass eller plast glødetråd kjent for sin evne til å lede lys over lange avstander med minimalt tap. Fiberen fungerer som det aktive forsterkningsmediet til laseren og er kjernen i laserens drift. I motsetning til de udopede glass- eller plastfibrene som brukes i telekommunikasjon, er den optiske fiberen i en fiberlaser imidlertid dopet med sjeldne jordelementer som erbium eller Ytterbium. Denne dopingen introduserer energitilstandene som er nødvendige for laserdrift, slik at fiberen ikke bare kan lede lys, men også forsterke den.
Solid -state laser (SSL) er sentrert om det unike forsterkningsmediet - fast materiale, og er vanligvis sammensatt av fire deler: Gain Medium, kjølesystem, optisk resonanshulrom og pumpekilde. Gevinst medium, for eksempel Ruby (CR: Al₂o₃) eller neodymium-dopet yttrium aluminiums granat (ND: YAG), er sjelen til solide lasere. De aktiverte ionene (for eksempel nd³⁺) dopet inne i den oppnår partikkelnummer inversjon under virkning av pumpelys, og genererer dermed laser. Kjølesystemet er ansvarlig for å fjerne varmen som er akkumulert inne i forsterkningsmediet på grunn av lasergenerering for å sikre stabil drift av laseren. Det optiske resonanshulen danner kontinuerlig svingning gjennom positiv tilbakemelding av fotoner, og gir ut en meget monokromatisk og meget retningsbestemt laserstråle.
②Priortering og effektivitet
Fiberlasere er kjent for sin eksepsjonelle elektriske effektivitet, takket være arten av fiberoptiske kabler, som utfører lys med minimale tap. Denne funksjonen gjør fiberlasere utrolig energieffektive, og oppnår ofte effektivitet på over 30%. Solid-state-lasere er generelt mindre effektive, sannsynligvis på grunn av de høyere tapene av deres klumpete gevinstmedier og behovet for lamper med høy intensitet for pumping.
③Beam Quality: Direkte påvirker laserens effektivitet i presisjonsapplikasjoner. Enmodus drift av fiberlasere kan gi utrolig høy strålekvalitet, preget av tett fokusering og minimal divergens. Selv om faststofflasere er i stand til å tilby bjelker av høy kvalitet, er de ofte vanskelige å matche strålekvaliteten til fiberlasere, spesielt på høyere effektnivå. Til tross for lavere effektivitet og bjelkekvalitet, er ikke solid-state-lasere uten fordeler. De har kraftige kraftskaleringsevner og er veldig egnet for applikasjoner med høy effekt. Solid-state-lasere kan utformes for å produsere utrolig høye effektnivåer ved å øke størrelsen på forsterkningsmediet og pumpekraften, noe som ikke er så enkelt for fiberlasere på grunn av begrensningene i fiberstørrelse og varmespredning.
④ Stabilitetsfiberlasere har høy stabilitet. Fiberstrukturen deres er ufølsom for miljøendringer (for eksempel temperatur, fuktighet, vibrasjoner, etc.), og kan opprettholde en stabil arbeidstilstand i relativt tøffe miljøer. Samtidig bruker fiberlasere en faststoffstruktur og inneholder ikke optiske komponenter med fritt rom, slik at de anses som mer holdbare og i stand til å tilpasse seg miljøendringer. Solid-state-lasere har relativt dårlig stabilitet, og endringer i miljøfaktorer kan ha større innvirkning på ytelsen.
⑤ Varmeavleder ytelsesfiberlasere har utmerket ytelse av varmeavleder. Forsterkningsmediet er optisk fiber, som har et stort forhold mellom overflateareal og volum, og varmen kan spredes raskt, slik at den kan fungere stabilt i lang tid og tåler høy effekt. Varmespredningen av solid-state-lasere er relativt vanskelig, og termiske effektproblemer er utsatt for å oppstå når du opererer med høy effekt, noe som påvirker laserens ytelse og levetid.
⑥ Størrelse og vedlikehold Kostnadsfiberlasere er veldig kompakte og nesten vedlikeholdsfrie. Den lille størrelsen på fiberen og fraværet av ytre speil reduserer justeringsproblemene forbundet med faststofflasere. I tillegg krever ikke den utmerkede varmeavledningen til fiberen vanligvis ikke aktiv kjøling, noe som reduserer vedlikeholdskravene ytterligere. Samtidig er fiberlasere generelt tryggere å operere fordi laseren er innesperret i fiberen, noe som reduserer risikoen for utilsiktet eksponering. Innretningen av speilene i faststofflasere er avgjørende for deres drift og krever regelmessig inspeksjon og justering, noe som øker vedlikeholdsarbeidsmengden. I tillegg krever faststofflasere vanligvis aktiv kjøling for å håndtere varmen som genereres i forsterkningsmediet, noe som ikke bare øker systemets kompleksitet, men øker også vedlikeholdskravene. Solid-state-lasere har en tendens til å være større enn fiberlasere. Behovet for store forsterkningsspeil og eksterne speil øker størrelsen og vekten, og begrenser anvendeligheten i applikasjoner med begrenset plass.
2. Søknadsfelt
Fiberlasere skinner innen industriell skjæring og sveising med sin høye kraft, høye strålekvalitet, god varme -spredningsytelse og stabilitet. Fiberlasere er spesielt egnet for tykke plateskjæring og sveising av metallmaterialer. Deres høye elektrooptiske konverteringseffektivitet og justeringsfri og vedlikeholdsfri design reduserer kostnadene for bruk og vanskeligheten med vedlikehold. Samtidig får den høye toleransen for fiberlasere til tøffe arbeidsmiljøer, for eksempel støv, vibrasjon, fuktighet, etc., dem også til å prestere bra på forskjellige industristider. Kontinuerlige lasere har en høy grad av penetrering innen makrobehandling, og har gradvis erstattet tradisjonelle prosesseringsmetoder i dette feltet.
Solid-state-lasere er unike innen ultra-presisjon og ultra-mikro-prosessering med sin høye toppkraft, stor pulsenergi og laserutgang med kort bølgelengde (for eksempel grønt lys og ultrafiolett lys). I prosesser som metall/ikke-metallmateriale merking, skjæring, boring og sveising, kan lasere av faststoff oppnå høyere prosesseringsnøyaktighet og bredere materiale anvendbarhet. Spesielt i sveising med høy presisjon og lysherdende 3D-utskrift av ikke-metalliske materialer, har solid-state-lasere blitt det foretrukne utstyret på grunn av lasere med kort bølgelengde med små termiske effekter og høy prosesseringsnøyaktighet. Solid-state-lasere brukes hovedsakelig innen presisjonsmikro-maskinering av ikke-metalliske materialer og tynne, sprø og andre metallmaterialer på grunn av deres korte bølgelengde (ultrafiolett, dyp ultrafiolett), kort pulsbredde (picosecond, femtosekund) og høy toppkraft. I tillegg er solid-state-lasere mye brukt i nyskapende vitenskapelig forskning innen miljø, medisin, militær og så videre.
3. Markedsandel
Mitt land er i ferd med transformasjon og oppgradering av produksjon fra low-end produksjon til high-end produksjon. Lavending av produksjon utgjør en høy andel. Makroprosesseringsmarkedet dekker både lav-end produksjon og litt avansert produksjon. Markedets etterspørsel er stor. Derfor er markedskapasiteten til fiberlasere relativt stor.
Graden av lokalisering av innenlandske fiberlasere med lav effekt er høy, og det er mange innenlandske produsenter i stor skala. I følge "China Laser Industry Development Report" har lasere med lav effektive fiberer blitt fullstendig erstattet av innenlandske produkter; Når det gjelder kontinuerlige fiberlasere med middels kraft, har innenlandsk kvalitet ingen åpenbare ulemper, prisfordelen er åpenbar, og markedsandelen er tilsvarende; Når det gjelder kontinuerlige fiberlasere med høy effekt, har innenlandske merker oppnådd delvis salg.
Når det gjelder solide lasere, er det foreløpig ingen børsnoterte selskaper med dette produktet som deres viktigste virksomhet på grunn av sen utvikling i Kina, og de kjøper generelt utenlandske merker.
Fiberlasere brukes hovedsakelig innen makrobehandling på grunn av deres høye utgangseffekt (lasermakrobehandling refererer generelt til behandlingen av størrelsen og formen til prosesseringsobjektet med påvirkning av laserstrålen på prosesseringsobjektet i millimeterområdet ); Solide lasere er mye brukt innen mikrobehandling på grunn av fordelene som kort bølgelengde, smal pulsbredde og høy toppkraft (mikrobehandling refererer generelt til behandlingen av størrelsen og formen med presisjon når mikrometer eller til og med nanometernivå ), noe som resulterer i visse forskjeller mellom brukerne av solide lasere og fiberlasere.
Generelt har faste lasere og fiberlasere forskjellige påføringsfelt, og hver har sitt eget applikasjonsfelt. Det er ingen direkte konkurranse mellom de to i de fleste felt. I feltet metallmateriale som overlapper med feltet for mikrobehandling, når metallet når en viss tykkelse, vedtar dette feltet generelt tradisjonelle metoder eller fiberlasere på grunn av kostnadsgrunner. Solide lasere brukes bare i scener med tynn metalltykkelse eller høye prosesseringskrav og ufølsomme for kostnader. I tillegg er konkurransen overlappet mellom de to lav. Solide lasere brukes hovedsakelig til behandling av ikke-metalliske materialer (glass, keramikk, plast, polymerer, emballasje, andre sprø materialer, etc.), og i feltet metallmaterialer brukes de i scener med høye presisjonskrav og krav og krav og høye presisjonskrav og krav og krav til høye presisjon relativt ufølsom for kostnad.
