În epoca de astăzi a dezvoltării rapide a tehnologiei cu laser, lasere cu stat solid și lasere cu fibre, ca două produse majore laser mainstream, și-au arătat farmecul și avantajele unice în multe domenii precum producția industrială, cercetarea științifică și aplicațiile militare ..
1. Principiile tehnice și diferențele de performanță
① Câștigă mediu
Laserele cu fibre folosesc fibre optice de sticlă dopate de pământ rare ca medii de câștig . sub acțiunea luminii pompei, densitatea de putere mare se formează în fibra optică, rezultând inversarea numărului de particule laser la nivel de energie, iar oscilația laser este generată prin bucla de feedback pozitivă a cavității de rezonant { Sistem de răcire complex . Flexibilitatea fibrei optice îl face mai avantajos în aplicațiile de procesare a spațiului multidimensională .
At the heart of a fiber laser is an optical fiber, a flexible, hair-thin strand of glass or plastic known for its ability to guide light over long distances with minimal loss. The fiber acts as the active gain medium of the laser and is central to its operation. However, unlike the undoped glass or plastic fibers used in telecommunications, the fiber in a fiber Laserul este dopat cu elemente de pământ rare, cum ar fi erbium sau ytterbium . Această dopaj introduce stările energetice necesare pentru funcționarea laser
Solid-State Laser (SSL) is centered on its unique gain medium, solid material, and is usually composed of four parts: gain medium, cooling system, optical resonator, and pump source. The gain medium, such as ruby (Cr:Al₂O₃) or neodymium-doped yttrium aluminum garnet (Nd:YAG), is the soul of a solid LASER . Ionii activați dopați în interiorul acesteia (cum ar fi ND³⁺) obțin inversarea populației sub acțiunea luminii pompei, generând astfel lumină laser . Sistemul de răcire este responsabil de îndepărtarea căldurii acumulate în mediul de câștig datorită generarii laser, asigurând operațiunea stabilă a cavității laser .}}}} { Oscilarea prin feedback -ul pozitiv al fototonilor și produce un fascicul laser extrem de monocromatic și extrem de direcțional .
② Performanță și eficiență
Laserele cu fibre sunt cunoscute pentru eficiența lor electrică excepțională, datorită proprietăților cablurilor cu fibră optică, care realizează lumină cu pierderi minime . Această caracteristică face ca laserele de fibre să fie incredibil de eficiente din punct de vedere energetic, obținând adesea eficiențe care depășesc 30%.
Laserele în stare solidă sunt, în general, mai puțin eficiente, probabil datorită pierderilor mai mari ale mediului de câștig voluminos și necesității lămpilor de mare intensitate pentru pompare .
③ Calitatea fasciculului: afectează în mod direct eficacitatea laserelor în aplicații de precizie
Funcționarea unică a laserelor cu fibre oferă o calitate incredibil de ridicată a fasciculului, caracterizată prin focalizare strânsă și divergență minimă .
Laserele în stare solidă, în timp ce sunt capabile să ofere fascicule de înaltă calitate, au adesea dificultăți în a potrivi calitatea fasciculului laserelor cu fibre, în special la niveluri de putere mai mari .
Despite their lower efficiency and beam quality, solid-state lasers are not without their advantages. They have powerful power scaling capabilities, making them ideal for high-power applications. Solid-state lasers can be designed to produce incredibly high power levels by increasing the size of the gain medium and the pump power, which is not as simple for fiber lasers due to limitations in fiber size and heat disipare .
④ Laserele cu fibre de stabilitate au o stabilitate ridicată .
Structura sa de fibre este insensibilă la schimbările de mediu (cum ar fi temperatura, umiditatea, vibrațiile, etc. .), și poate menține o stare de lucru stabilă în medii relativ dure .} În același timp, laserele cu fibre folosesc o structură solidă în stare solidă și nu conțin componente optice din spațiu liber {4
Stabilitatea laserelor cu stare solidă este relativ slabă, iar schimbările factorilor de mediu pot avea un impact mai mare asupra performanței lor .
⑤ Performanță de disipare a căldurii
Laserele cu fibre au performanțe excelente de disipare a căldurii . Mediul său de câștig este fibra optică, care are un raport de suprafață mare la volum, iar căldura poate fi disipată rapid, astfel încât poate funcționa stabil pentru o perioadă lungă de timp și poate rezista la o putere mare de putere .
Laserele în stare solidă sunt relativ dificil de disipat căldura și sunt predispuse la efecte termice atunci când se desfășoară la putere mare, afectând performanța și durata de viață a laserului .
⑥ Dimensiunea și întreținerea Costului Laserele cu fibre sunt foarte compacte și nu necesită aproape nicio întreținere .
The small size of the fiber and the absence of external mirrors greatly reduce the alignment problems associated with solid-state lasers. In addition, the excellent heat dissipation capabilities of the fiber usually do not require active cooling, further reducing maintenance requirements. At the same time, fiber lasers are generally safer to operate because the laser is confined within the fiber, reducing the risk of expunere accidentală .
Alinierea oglinzilor în laserele cu stare solidă este esențială pentru funcționarea lor și necesită inspecție și ajustare regulată, ceea ce crește volumul de muncă de întreținere . În plus, laserele cu stare solidă necesită, de obicei, răcire activă pentru a gestiona căldura generată în mediul de câștig, ceea ce nu crește doar complexitatea sistemului, dar, de asemenea LASERS . Nevoia de oglinzi de câștig mari și oglinzi externe le crește dimensiunea și greutatea, limitându -și aplicabilitatea în aplicații cu spațiu limitat .
2. Câmpuri de aplicație
Laserele cu fibre strălucesc în domeniul tăierii și sudării industriale, cu o putere ridicată, o calitate ridicată a fasciculului, performanțe bune de disipare a căldurii și stabilitate . lasere cu fibre sunt deosebit de potrivite pentru tăierea și sudarea plăcilor groase a materialelor metalice . the same time, the high tolerance of fiber lasers to harsh working environments, such as dust, vibration, humidity, etc., also makes them perform well in various industrial sites. Continuous lasers have a high℃of penetration in the field of macro processing, and have gradually replaced traditional processing methods in this field.
Solid-state lasers are unique in the field of ultra-precision and ultra-micro processing with their high peak power, large pulse energy and short-wavelength laser output (such as green light and ultraviolet light). In processes such as metal/non-metal material marking, cutting, drilling and welding, solid-state lasers can achieve higher processing accuracy and wider material applicability. Especially in high-precision welding and light-curing 3D printing of non-metallic materials, solid-state lasers have become the preferred equipment due to their short-wavelength lasers with small thermal effects and high processing accuracy. Solid-state lasers are mainly used in the field of precision micro-machining of non-metallic materials and thin, brittle and other metal materials due La lungimea lor de undă scurtă (ultraviolete, ultraviolete profunde), lățimea pulsului scurt (picosecundă, femtosecundă) și puterea de vârf ridicată . În plus, laserele cu stare solidă sunt utilizate pe scară largă în cercetarea științifică de ultimă oră în domeniile mediului, medicamentului, militar și așa
3. cota de piață
Țara mea este în proces de transformare și modernizare a producției de la producția de nivel scăzut la producția de înaltă performanță . Fabricarea low-end contabilizează o proporție ridicată . Piața de procesare macro acoperă atât producția de lucru scăzută, cât și o producție de înaltă calitate {{. Cererea de piață este mare ., prin urmare relativ mare .
Gradul de localizare a laserelor interne cu fibră de putere mică este ridicat și există mulți producători interni pe scară largă . conform „Raportului de dezvoltare a industriei laser China”, laserele cu fibră de putere scăzută au fost complet înlocuite cu produsele interne; În ceea ce privește laserele cu fibre continue cu putere medie, calitatea internă nu are dezavantaje evidente, avantajul prețului este evident, iar cota de piață este echivalentă; În ceea ce privește laserele cu fibre continue de mare putere, mărcile interne au obținut vânzări parțiale .
În ceea ce privește laserele solide, datorită dezvoltării târzii în China, în prezent nu există companii listate cu acest produs ca principală activitate și, în general, achiziționează mărci străine .
Laserele cu fibre sunt utilizate în principal în domeniul procesării macro datorită puterii lor de ieșire ridicate (procesarea macro -laser se referă, în general, la procesarea dimensiunii și formei obiectului de procesare cu influența fasciculului laser asupra obiectului de procesare din intervalul milimetrului); solid lasers are widely used in the field of micro processing due to their advantages such as short wavelength, narrow pulse width, and high peak power (micro processing generally refers to the processing of the size and shape with precision reaching the micrometer or even nanometer level), resulting in certain differences between the users of solid lasers and fiber lasers.
În general, laserele solide și laserele cu fibre au câmpuri de aplicare diferite și fiecare are propriul său câmp de aplicare . nu există o concurență directă între cele două din majoritatea câmpurilor . în domeniul procesării materialelor metalice care se suprapune cu câmpul de micro -procesare, atunci când metalul atinge o anumită grosime, acest câmp adoptă, în general, metode tradiționale sau sunt utilizate numai pentru costurile de costuri {{2 În scene cu grosime de metal subțire sau cerințe ridicate de procesare și insensibile la costuri . În plus, suprapunerea concurenței dintre cele două este scăzută . lasere solide sunt utilizate în principal pentru procesarea materialelor nemetalice (sticlă, ceramică, plastice, polimer, ambalaj, alte materiale metalice, etc. Cerințe de înaltă precizie și relativ insensibile la costuri .
