Fiberlasere vs faststoflasere

I dagens æra med hurtig udvikling af laserteknologi har lasere af fast tilstand og fiberlasere, som de to vigtigste mainstream-laserprodukter, hver især demonstreret deres unikke charme og fordele på mange områder, såsom industriel produktion, videnskabelig forskning og militære applikationer.

1. Tekniske principper og præstationsforskelle

1.1 Få medium

Fiberlasere bruger sjældne jorddopede glasfibre som forstærkningsmedier. Under virkningen af ​​pumpelys dannes høj effekttæthed i fiberen, hvilket resulterer i en populationsinversion af laserenerginiveauet og laseroscillation gennem den positive feedback -loop i resonanshulen. Fiberlasere er kompakte og kræver ikke et komplekst kølesystem, og fiberens fleksibilitet gør dem mere fordelagtige i multidimensionelle rumforarbejdningsapplikationer. Kernen i en fiberlaser er en optisk fiber, et fleksibelt, hårtyndt glas eller plastik filament, der er kendt for sin evne til at guide lys over lange afstande med minimalt tab. Fiberen fungerer som det aktive forstærkningsmedium for laseren og er kernen i laserens operation. I modsætning til de udopede glas- eller plastfibre, der bruges i telekommunikation, dopes den optiske fiber i en fiberlaser imidlertid med sjældne jordelementer, såsom Erbium eller Ytterbium. Denne doping introducerer den energistat, der kræves til laserdrift, hvilket gør det muligt for fiberen ikke kun at guide lys, men også forstærke den. Solid-state laser (SSL) er centreret om dets unikke forstærkningsmedium, fast materiale og er normalt sammensat af fire dele: Gain Medium, kølesystem, optisk resonanshulrum og pumpekilde. Forstærkningsmediet, såsom Ruby (CR: Al₂o₃) eller Neodymium-dopet yttrium-aluminium Garnet (ND: YAG), er sjælen i den faststof-laser. De aktiverede ioner (såsom ND³⁺) dopet inde i IT opnår befolkningsinversion under virkningen af ​​pumpelys og genererer derved laserlys. Kølesystemet er ansvarlig for at fjerne den varme, der akkumuleres inde i forstærkningsmediet på grund af lasergenerering for at sikre stabil drift af laseren. Den optiske resonator danner kontinuerlige svingninger gennem positiv feedback af fotoner, der udsender en meget monokromatisk og meget retningsbestemt laserstråle.

1.2 Ydeevne og effektivitetsfiberlasere er kendt for deres fremragende elektriske effektivitet takket være arten af ​​fiberoptiske kabler, som kan føre lys med minimalt tab. Denne funktion gør fiberlasere utroligt energieffektive og opnår ofte effektivitet på mere end 30%. Lasere med fast tilstand er generelt mindre effektive, sandsynligvis på grund af de højere tab af deres større forstærkningsmedier og behovet for lamper med høj intensitet til pumpning.

1.3 Strålekvalitet: påvirker direkte effektiviteten af ​​lasere i præcisionsapplikationer Enkelt-mode-drift af fiberlasere kan give utroligt højstrålekvalitet, kendetegnet ved tæt fokusering og minimal divergens. Selv om de er i stand til at tilvejebringe bjælker af høj kvalitet, er det ofte vanskelige at matche strålekvaliteten af ​​fiberlasere, især ved højere effektniveauer. På trods af deres lavere effektivitet og bjælkekvalitet er faststoflasere ikke uden deres fordele. De har kraftfulde strømskaleringsfunktioner og er velegnet til applikationer med høj effekt. Lasere med fast tilstand kan designes til at producere utroligt høje effektniveauer ved at øge størrelsen på forstærkningsmediet og pumpekraften, som ikke er så enkel for fiberlasere på grund af begrænsningerne i fiberstørrelse og varmeafledning.

1.4 Stabilitetsfiberlasere har høj stabilitet. Deres fiberstruktur er ufølsom over for miljøændringer (såsom temperatur, fugtighed, vibrationer osv.) Og kan opretholde stabile arbejdsforhold i barske miljøer. På samme tid betragtes fiberlasere som mere holdbare og tilpasningsdygtige til miljøændringer, fordi de bruger en solid-state struktur og ikke indeholder optiske komponenter med fri rum. Lasere med fast tilstand har relativt dårlig stabilitet, og ændringer i miljøfaktorer kan have større indflydelse på deres præstation.

1,5 varmeafledningsfiberlasere har fremragende ydelse af varmeafledning. Dens forstærkningsmedium er optisk fiber, der har et stort forhold mellem overfladeareal og volumen, og varme kan spredes hurtigt, så det kan fungere stabilt i lang tid og kan modstå høj effekt. Lasere med fast tilstand er relativt vanskelige at sprede varme og er tilbøjelige til termiske effekter, når de fungerer ved høj effekt, hvilket påvirker laserens ydelse og liv.

1.6 Størrelse og vedligeholdelsesomkostninger Fiberlasere er meget kompakte og kræver næsten ingen vedligeholdelse. Den lille størrelse af fiberen og fraværet af eksterne spejle reducerer i høj grad justeringsproblemerne forbundet med lasere i fast tilstand. Derudover kræver fiberens fremragende varmeafledningsevne normalt ikke aktiv afkøling, hvilket yderligere reducerer vedligeholdelseskrav. På samme tid er fiberlasere generelt mere sikre at fungere, fordi laseren er begrænset inden for fiberen, hvilket reducerer risikoen for utilsigtet eksponering. Tilpasningen af ​​spejle i lasere i fast tilstand er kritisk for deres drift og kræver regelmæssig inspektion og justering, hvilket øger vedligeholdelsesarbejdsbyrden. Derudover kræver faststoflasere normalt aktiv afkøling for at håndtere den varme, der genereres i forstærkningsmediet, hvilket ikke kun øger systemets kompleksitet, men også øger vedligeholdelseskravene. Lasere med fast tilstand har en tendens til at være større end fiberlasere. Behovet for store gevinstspejle og eksterne spejle øger deres størrelse og vægt, hvilket begrænser deres anvendelighed i applikationer med begrænset plads.

2. applikationsfelter

Fiberlasere skinner inden for industriel skæring og svejsning med deres høje effekt, højstrålekvalitet, god varmeafledning ydeevne og stabilitet. Fiberlasere er især velegnede til tyk pladeskæring og svejsning af metalmaterialer. Deres høje elektro-optiske konverteringseffektivitet og justeringsfri og vedligeholdelsesfri design reducerer brugsomkostningerne og vanskeligheden ved vedligeholdelse. På samme tid får den høje tolerance af fiberlasere over for barske arbejdsmiljøer, såsom støv, vibrationer, fugtighed osv., At de også fungerer godt på forskellige industrielle steder. Kontinuerlige lasere har en høj grad af penetration inden for makroforarbejdning og har gradvist erstattet traditionelle behandlingsmetoder på dette område. Lasere med fast tilstand er unikke inden for ultra-præcision og ultra-mikro-behandling med deres høje topkraft, stor pulsenergi og laserudgang på kort bølgelængde (såsom grønt lys og ultraviolet lys). I processer som metal/ikke-metalmateriale markering, skæring, boring og svejsning kan lasere på fast tilstand opnå højere behandlingsnøjagtighed og bredere materiale anvendelighed. Især ved svejsning med høj præcision og lysh-døgnet udskrivning af ikke-metalliske materialer er faststof-lasere blevet det foretrukne udstyr på grund af deres kortbølgelængde lasere med små termiske effekter og høj behandlingsnøjagtighed. Lasere af fast tilstand bruges hovedsageligt inden for præcisionsmikro-maskering af ikke-metalliske materialer og tynde, sprøde og andre metalmaterialer på grund af deres korte bølgelængde (ultraviolet, dyb ultraviolet), kort pulsbredde (picosekund, femtosekund) og høj topkraft. Derudover bruges faststoflasere i vid udstrækning til banebrydende videnskabelig forskning inden for miljøområder, medicin, militær og så videre.

3. markedsandel Mit land er i færd med at transformation og opgradering af fremstillingsindustrien fra low-end fremstilling til avanceret fremstilling. Fremstilling af low-end tegner sig for en høj andel. Makroforarbejdningsmarkedet dækker både lavendig fremstilling og nogle avancerede fremstilling. Markedets efterspørgsel er stor. Derfor er markedskapaciteten for fiberlasere relativt stor. De indenlandske lasere med lav effekt er meget lokaliserede, og der er mange store indenlandske producenter. I henhold til "China Laser Industry Development Report" er fiberlasere med lav effekt blevet erstattet fuldt ud af indenlandske produkter; Med hensyn til kontinuerlige fiberlasere med mellemmagt har indenlandsk kvalitet ingen åbenlyse ulemper, prisfordelen er åbenlyst, og markedsandelen er sammenlignelig; Med hensyn til kontinuerlige fiberlasere med høj effekt har indenlandske mærker opnået delvis salg. Hvad angår lasere med fast tilstand på grund af den sene udvikling i Kina, er der i øjeblikket ingen børsnoterede virksomheder med dette produkt som deres vigtigste forretning, og de køber generelt udenlandske mærker. Fiberlasere bruges hovedsageligt inden for makroforarbejdning på grund af deres høje udgangseffekt (lasermakrobehandling henviser generelt til behandlingen af ​​størrelsen og formen på behandlingsobjektet med påvirkningen af ​​laserstrålen på millimeterniveauet); Faste lasere er vidt brugt inden for mikroforarbejdning på grund af deres fordele, såsom kort bølgelængde, smal pulsbredde og høj spidsstyrke (mikroforarbejdning henviser generelt til behandlingen af ​​størrelse og form med præcision, der når mikrometer eller endda nanometer), hvilket resulterer i visse forskelle mellem brugere af faste lasere og fiberlasers. Generelt har faste lasere og fiberlasere forskellige fokus på deres applikationsfelter, og hver har sit eget applikationsfelt. Der er ingen direkte konkurrence mellem de to på de fleste områder. Inden for metalmaterialebehandling, der overlapper med området mikroforarbejdning, når metallet når en vis tykkelse, vedtager dette felt generelt traditionelle metoder eller fiberlasere på grund af omkostningsårsager. Faste lasere bruges kun i scener, hvor metaltykkelsen er tynd, eller behandlingskravene er høje, og omkostningerne er ikke følsomme. Derudover er konkurrencen overlapning mellem de to lav. Faste lasere bruges hovedsageligt til behandling af ikke-metalliske materialer (glas, keramik, plast, polymerer, emballage, andre sprøde materialer osv.), Og inden for metalmaterialer bruges de i scener med høje præcisionskrav og relativt ufølsomme til omkostninger.