Nell'era odierna del rapido sviluppo della tecnologia laser, i laser a stato solido e i laser in fibra, come due principali prodotti laser tradizionali, hanno mostrato il loro fascino e vantaggi unici in molti campi come la produzione industriale, la ricerca scientifica e le applicazioni militari.
1. Principi tecnici e differenze di prestazione
① Guadagna medio
I laser in fibra usano le fibre di vetro drogate rare come media. Sotto l'azione della luce della pompa, si forma una densità di potenza elevata nella fibra, con conseguente inversione della popolazione del livello di energia laser e l'oscillazione laser viene generata attraverso il circuito di feedback positivo della cavità di risonanza. I laser in fibra sono compatti e non richiedono un sistema di raffreddamento complesso e la flessibilità della fibra li rende più vantaggiosi nelle applicazioni di elaborazione dello spazio multidimensionale.
Il nucleo di un laser in fibra è una fibra ottica, un filamento flessibile in vetro o plastica con sola con capelli noto per la sua capacità di guidare la luce su lunghe distanze con una perdita minima. La fibra funge da mezzo di guadagno attivo del laser ed è il nucleo dell'operazione del laser. Tuttavia, a differenza delle fibre di vetro o plastica non oppiate utilizzate nelle telecomunicazioni, la fibra ottica in un laser a fibra è drogata con elementi della terra rara come erbio o itterbio. Questo doping introduce gli stati energetici necessari per il funzionamento laser, consentendo alla fibra non solo di guidare la luce, ma anche di amplificarla.
Il laser a stato solido (SSL) è centrato sul suo unico materiale di guadagno di guadagno e solido ed è generalmente composto da quattro parti: mezzo di guadagno, sistema di raffreddamento, cavità a risonanza ottica e sorgente di pompa. Guadagno medio, come Ruby (Cr: Al₂o₃) o Garnet in alluminio yttio drogato in neodimio (ND: YAG), è l'anima dei laser solidi. Gli ioni attivati (come nd³⁺) drogati al suo interno ottengono l'inversione del numero di particelle sotto l'azione della luce della pompa, generando così il laser. Il sistema di raffreddamento è responsabile del togliere il calore accumulato all'interno del mezzo di guadagno a causa della generazione del laser per garantire un funzionamento stabile del laser. La cavità di risonanza ottica forma oscillazione continua attraverso un feedback positivo dei fotoni e produce un raggio laser altamente monocromatico e altamente direzionale.
② Performance ed efficienza
I laser in fibra sono noti per la loro eccezionale efficienza elettrica, grazie alla natura dei cavi in fibra ottica, che conducono luce con perdite minime. Questa funzione rende i laser in fibra incredibilmente efficienti dal punto di vista energetico, spesso raggiungendo efficienze superiori al 30%. I laser a stato solido sono generalmente meno efficienti, probabilmente a causa delle perdite più elevate dei loro ingombranti media di guadagno e della necessità di lampade ad alta intensità per il pompaggio.
③ Qualità del raggio: influisce direttamente sull'efficacia del laser nelle applicazioni di precisione. Il funzionamento a singola modalità dei laser in fibra può fornire una qualità del fascio incredibilmente elevata, caratterizzata da focalizzazione stretta e divergenza minima. Sebbene i laser a stato solido siano in grado di fornire travi di alta qualità, sono spesso difficili da abbinare alla qualità del raggio dei laser in fibra, specialmente a livelli di potenza più elevati. Nonostante la minore efficienza e la qualità del raggio, i laser a stato solido non sono privi dei loro vantaggi. Hanno potenti capacità di ridimensionamento dell'alimentazione e sono molto adatti per applicazioni ad alta potenza. I laser a stato solido possono essere progettati per produrre livelli di potenza incredibilmente elevati aumentando le dimensioni del mezzo di guadagno e la potenza della pompa, il che non è così semplice per i laser a fibra a causa dei limiti della dimensione della fibra e della dissipazione del calore.
④ I laser in fibra di stabilità hanno un'elevata stabilità. La loro struttura in fibra è insensibile ai cambiamenti ambientali (come temperatura, umidità, vibrazioni, ecc.) E può mantenere uno stato di lavoro stabile in ambienti relativamente difficili. Allo stesso tempo, i laser in fibra usano una struttura a stato solido e non contengono componenti ottici dello spazio libero, quindi sono considerati più durevoli e in grado di adattarsi ai cambiamenti ambientali. I laser a stato solido hanno una stabilità relativamente scarsa e i cambiamenti nei fattori ambientali possono avere un impatto maggiore sulle loro prestazioni.
⑤ I laser in fibra di performance di dissipazione del calore hanno eccellenti prestazioni di dissipazione del calore. Il suo mezzo di guadagno è la fibra ottica, che ha un ampio rapporto superficie / volume e il calore può essere dissipato rapidamente, quindi può funzionare stabilmente per lungo tempo e può resistere all'uscita ad alta potenza. La dissipazione del calore dei laser a stato solido è relativamente difficile e i problemi di effetto termico sono soggetti a verificarsi quando si opera ad alta potenza, influenzando le prestazioni e la vita del laser.
⑥ Laser in fibra di dimensioni e costi di manutenzione sono molto compatti e quasi esenti da manutenzione. Le dimensioni ridotte della fibra e l'assenza di specchi esterni riducono notevolmente i problemi di allineamento associati ai laser a stato solido. Inoltre, l'eccellente capacità di dissipazione del calore della fibra di solito non richiede un raffreddamento attivo, riducendo ulteriormente i requisiti di manutenzione. Allo stesso tempo, i laser in fibra sono generalmente più sicuri per operare perché il laser è confinato all'interno della fibra, riducendo il rischio di esposizione accidentale. L'allineamento degli specchi nei laser a stato solido è fondamentale per il loro funzionamento e richiede un'ispezione e una regolazione regolari, che aumenta il carico di lavoro di manutenzione. Inoltre, i laser a stato solido di solito richiedono un raffreddamento attivo per gestire il calore generato nel mezzo di guadagno, che non solo aumenta la complessità del sistema, ma aumenta anche i requisiti di manutenzione. I laser a stato solido tendono ad essere più grandi dei laser in fibra. La necessità di grandi specchi di guadagno e specchi esterni aumenta le loro dimensioni e peso, limitando la loro applicabilità in applicazioni con spazio limitato.
2. Campi di applicazione
I laser in fibra brillano nel campo del taglio e della saldatura industriali con la loro alta potenza, alta qualità del raggio, buone prestazioni e stabilità di dissipazione del calore. I laser in fibra sono particolarmente adatti per il taglio della piastra spessa e la saldatura di materiali metallici. La loro elevata efficienza di conversione elettro-ottica e il design privo di regolazioni e senza manutenzione riducono notevolmente il costo dell'uso e la difficoltà di manutenzione. Allo stesso tempo, l'elevata tolleranza dei laser in fibra ad ambienti di lavoro duri, come polvere, vibrazione, umidità, ecc., Li fa anche funzionare bene in vari siti industriali. I laser continui hanno un alto grado di penetrazione nel campo dell'elaborazione macro e hanno gradualmente sostituito i metodi di elaborazione tradizionali in questo campo.
I laser a stato solido sono unici nel campo dell'elaborazione ultra-precisione e ultra-micro con la loro alta potenza di picco, grande energia a impulsi e uscita laser a lunghezza d'onda corta (come luce verde e luce ultravioletta). In processi come marcatura di materiale metallico/non metallo, taglio, perforazione e saldatura, i laser a stato solido possono ottenere una maggiore accuratezza di elaborazione e un'applicabilità del materiale più ampia. Soprattutto nella saldatura ad alta precisione e nella stampa 3D di materiali non metallici di alta precisione, i laser a stato solido sono diventati l'attrezzatura preferita a causa dei loro laser a lunghezza d'onda corta con piccoli effetti termici e accuratezza di elaborazione elevata. I laser a stato solido sono utilizzati principalmente nel campo della microaginamento di precisione di materiali non metallici e materiali sottili, fragili e altri metalli a causa della loro lunghezza d'onda corta (ultravioletta, ultravioletta profonda), larghezza di impulso corto (picosecondo, femtosecondo) e alta Potenza di punta. Inoltre, i laser a stato solido sono ampiamente utilizzati nella ricerca scientifica all'avanguardia nei settori dell'ambiente, della medicina, dei militari e così via.
3. quota di mercato
Il mio paese è in fase di trasformazione e aggiornamento della produzione dalla produzione di fascia bassa alla produzione di fascia alta. La produzione di fascia bassa rappresenta un'alta proporzione. Il mercato macro-elaborazione copre sia la produzione di fascia bassa che una parte di produzione di fascia alta. La domanda del mercato è grande. Pertanto, la capacità di mercato dei laser in fibra è relativamente grande.
Il grado di localizzazione dei laser a fibra a bassa potenza domestica è elevato e ci sono molti produttori su larga scala domestica. Secondo il "Rapporto sullo sviluppo del settore laser cinese", i laser in fibra a bassa potenza sono stati completamente sostituiti da prodotti domestici; In termini di laser a fibra continua di media potenza, la qualità interna non ha evidenti svantaggi, il vantaggio dei prezzi è ovvio e la quota di mercato è equivalente; In termini di laser a fibra continui ad alta potenza, i marchi nazionali hanno ottenuto vendite parziali.
Per quanto riguarda i laser solidi, a causa dello sviluppo tardivo in Cina, attualmente non ci sono aziende quotate con questo prodotto come loro attività principale e generalmente acquistano marchi stranieri.
I laser in fibra sono utilizzati principalmente nel campo dell'elaborazione macro a causa della loro potenza di uscita elevata (l'elaborazione macro laser si riferisce generalmente all'elaborazione delle dimensioni e della forma dell'oggetto di elaborazione con l'influenza del raggio laser sull'oggetto di elaborazione all'interno della gamma millimetrica ); I laser solidi sono ampiamente utilizzati nel campo della micro elaborazione a causa dei loro vantaggi come lunghezza d'onda corta, larghezza di impulso stretta e potenza di picco elevata (l'elaborazione micro si riferisce generalmente alla lavorazione della dimensione e della forma con precisione che raggiunge il micrometro o addirittura a livello di nanometro ), risultando in alcune differenze tra gli utenti di laser solidi e laser in fibra.
In generale, i laser solidi e i laser in fibra hanno diversi campi di applicazione e ognuno ha il proprio campo di applicazione. Non esiste una concorrenza diretta tra i due nella maggior parte dei campi. Nel campo dell'elaborazione dei materiali metallici che si sovrappone al campo della micro elaborazione, quando il metallo raggiunge un certo spessore, questo campo adotta generalmente metodi tradizionali o laser in fibra per motivi di costo. I laser solidi vengono utilizzati solo in scene con spessore di metallo sottile o requisiti di elaborazione elevati e insensibili al costo. Inoltre, la concorrenza si sovrappone tra i due è bassa. I laser solidi sono utilizzati principalmente per la lavorazione di materiali non metallici (vetro, ceramica, plastica, polimeri, imballaggi, altri materiali fragili, ecc.) E nel campo dei materiali metallici, sono utilizzati in scene con elevata precisione e relativamente insensibile al costo.
