Lasere cu fibre vs lasere în stare solidă

În epoca de astăzi a dezvoltării rapide a tehnologiei cu laser, lasere cu stat solid și lasere cu fibre, ca cele două produse majore laser mainstream, și-au demonstrat fiecare farmecul unic și avantajele în multe domenii, cum ar fi producția industrială, cercetarea științifică și aplicațiile militare.

1.. Principiile tehnice și diferențele de performanță

1.1 Gain Medium

Laserele cu fibre folosesc fibre de sticlă dopate de pământ ca medii de câștig. Sub acțiunea luminii pompei, densitatea de putere mare este formată în fibră, ceea ce duce la o inversare a populației nivelului de energie laser și oscilația laser prin bucla de feedback pozitiv a cavității rezonante. Laserele cu fibre sunt compacte și nu necesită un sistem de răcire complex, iar flexibilitatea fibrei le face mai avantajoase în aplicațiile de procesare a spațiului multidimensională. Nucleul unui laser cu fibre este o fibră optică, o sticlă flexibilă, subțire de păr sau filament de plastic cunoscut pentru capacitatea sa de a ghida lumina pe distanțe lungi cu pierderi minime. Fibra acționează ca mediu de câștig activ al laserului și este nucleul funcționării laserului. Cu toate acestea, spre deosebire de fibrele de sticlă sau din plastic nedepinse utilizate în telecomunicații, fibra optică dintr -un laser cu fibre este dopată cu elemente de pământ rare, cum ar fi Erbium sau Ytterbium. Această dopaj introduce starea energetică necesară pentru funcționarea cu laser, permițând fibrei să nu doar să ghideze lumina, ci să o amplifice. Laserul în stare solidă (SSL) este centrat pe materialul său unic de câștig, material solid și este de obicei compus din patru părți: mediu de câștig, sistem de răcire, cavitate rezonantă optică și sursa de pompă. Mediul de câștig, cum ar fi Ruby (CR: Al₂o₃) sau granat de aluminiu Yttrium dopat cu Neodymium (ND: YAG), este sufletul laserului cu stare solidă. Ionii activi (cum ar fi ND³⁺) dopați în interiorul acesteia obțin inversarea populației sub acțiunea luminii pompei, generând astfel lumină laser. Sistemul de răcire este responsabil de îndepărtarea căldurii acumulate în mediul de câștig din cauza generarii laserului pentru a asigura funcționarea stabilă a laserului. Resonatorul optic formează oscilații continue prin feedback pozitiv al fototonilor, care iese un fascicul laser extrem de monocromatic și extrem de direcțional.

1.2 Performanța și eficiența Laserele cu fibre sunt cunoscute pentru eficiența lor electrică excelentă, datorită naturii cablurilor cu fibră optică, care pot efectua lumină cu pierderi minime. Această caracteristică face ca laserele de fibre să fie incredibil de eficiente din punct de vedere energetic, obținând adesea eficiențe de peste 30%. Laserele în stare solidă sunt, în general, mai puțin eficiente, probabil datorită pierderilor mai mari ale mediilor de câștig mai mari și necesității lămpilor de mare intensitate pentru pompare.

1.3 Calitatea fasciculului: afectează în mod direct eficacitatea laserelor în aplicații de precizie Operația în mod unică a laserelor cu fibre poate oferi 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, sunt adesea dificil să se potrivească cu calitatea fasciculului laserelor cu fibre, în special la niveluri mai mari de putere. În ciuda eficienței lor mai mici și a calității fasciculului, laserele cu stare solidă nu sunt lipsite de avantajele lor. Au capacități puternice de scalare a puterii și sunt potrivite pentru aplicații de mare putere. Laserele cu stare solidă pot fi proiectate pentru a produce un nivel de putere incredibil de ridicat prin creșterea dimensiunii mediului de câștig și a puterii pompei, ceea ce nu este atât de simplu pentru laserele cu fibre datorită limitărilor dimensiunii fibrelor și disiparea căldurii.

1,4 Laserele cu fibre de stabilitate au o stabilitate ridicată. Structura lor de fibre este insensibilă la schimbările de mediu (cum ar fi temperatura, umiditatea, vibrațiile etc.) și poate menține condiții de muncă stabile în medii dure. În același timp, laserele cu fibre sunt considerate mai durabile și adaptabile la schimbările de mediu, deoarece folosesc o structură în stare solidă și nu conțin componente optice în spațiu liber. Laserele în stare solidă au o stabilitate relativ slabă, iar modificările factorilor de mediu pot avea un impact mai mare asupra performanței lor.

1,5 Laserele cu fibră de disipare a căldurii au performanțe excelente de disipare a căldurii. Mediul său de câștig este fibra optică, care are un raport mare de suprafață / volum, iar căldura poate fi disipată rapid, astfel încât poate funcționa stabil pentru o lungă perioadă 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 funcționează la putere mare, afectând performanța și durata de viață a laserului.

1,6 Costuri de dimensiune și întreținere Laserele cu fibre sunt foarte compacte și nu necesită aproape nicio întreținere. Dimensiunea mică a fibrei și absența oglinzilor externe reduc mult problemele de aliniere asociate cu laserele cu stare solidă. În plus, capacitățile excelente de disipare a căldurii din fibră nu necesită, de obicei, răcire activă, reducând în continuare cerințele de întreținere. În același timp, laserele cu fibre sunt în general mai sigure pentru a funcționa, deoarece laserul este limitat în fibră, reducând riscul de expunere accidentală. Alinierea oglinzilor în laserele cu stare solidă este esențială pentru funcționarea lor și necesită o inspecție și reglare periodică, ceea ce crește volumul de muncă de întreținere. În plus, laserele în stare solidă necesită de obicei răcire activă pentru a gestiona căldura generată în mediul de câștig, ceea ce nu numai că crește complexitatea sistemului, dar crește și cerințele de întreținere. Laserele în stare solidă tind să fie mai mari decât laserele cu fibre. Necesitatea oglinzilor de câștig mari și a oglinzilor 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 puterea ridicată, calitatea ridicată a fasciculului, performanța și stabilitatea disipatării căldurii. Laserele cu fibre sunt deosebit de potrivite pentru tăierea plăcilor groase și sudarea materialelor metalice. Eficiența lor ridicată de conversie electro-optică și proiectarea fără reglare și fără întreținere reduc mult costul de utilizare și dificultatea de întreținere. În același timp, toleranța ridicată a laserelor cu fibre la medii de lucru dure, cum ar fi praful, vibrațiile, umiditatea etc., le face, de asemenea, să funcționeze bine în diverse site -uri industriale. Laserele continue au un grad ridicat de penetrare în domeniul procesării macro și au înlocuit treptat metodele tradiționale de procesare în acest domeniu. Laserele în stare solidă sunt unice în domeniul procesării ultra-precizie și ultra-micro, cu puterea lor de vârf ridicată, energie mare de puls și ieșire laser cu lungime de undă scurtă (cum ar fi lumina verde și lumina ultravioletă). În procese precum marcajul metalului/materialului non-metal, tăierea, forajul și sudarea, laserele în stare solidă pot obține o precizie mai mare de procesare și o aplicabilitate mai largă a materialelor. Mai ales în sudare de înaltă precizie și imprimare 3D cu întărire la lumină a materialelor nemetalice, laserele în stare solidă au devenit echipamentul preferat datorită laserelor lor cu lungime de undă scurtă, cu efecte termice mici și precizie ridicată de procesare. Laserele cu stare solidă sunt utilizate în principal în domeniul micro-preluării de precizie a materialelor non-metalice și a materialelor subțiri, fragile și alte metalice, datorită lungimii de undă scurte (ultraviolete, ultraviolete profunde), lățimii pulsului scurt (picosecond, femtosecond) și putere ridicată. În plus, laserele în stare solidă sunt utilizate pe scară largă în cercetările științifice de ultimă oră în domeniile mediului, medicinii, militarelor și așa mai departe.

3. Cota de piață Țara mea este în proces de transformare și modernizare a industriei producătoare de la producție de nivel scăzut la producție de ultimă generație. Fabricarea low-end reprezintă o proporție ridicată. Piața macro-procesare acoperă atât producția de ultimă generație, cât și unele producții de ultimă generație. Cererea pieței este mare. Prin urmare, capacitatea de piață a laserelor cu fibre este relativ mare. Laserele interne cu fibre cu putere mică sunt foarte localizate și există mulți producători interni la scară largă. Conform „Raportului de dezvoltare a industriei laser China”, laserele cu fibre cu putere redusă au fost înlocuite complet de produse 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 comparabilă; În ceea ce privește laserele cu fibre continue de mare putere, mărcile interne au obținut vânzări parțiale. În ceea ce privește laserele în stare solidă, 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 prelucrarea dimensiunii și formei obiectului de procesare cu influența fasciculului laser la nivelul milimetrului); Laserele solide sunt utilizate pe scară largă în domeniul micro -procesării, datorită avantajelor lor, cum ar fi lungimea de undă scurtă, lățimea îngustă a pulsului și puterea de vârf ridicată (micro prelucrarea se referă, în general, la procesarea dimensiunii și formei, cu precizie care ating micrometri sau chiar nanometri), rezultând anumite diferențe între utilizatorii de lasere solide și lasere de fibre. În general, laserele solide și laserele cu fibre au concentrări diferite în câmpurile lor de aplicare și fiecare are propriul său câmp de aplicație. Nu există nicio concurență directă între cele două în majoritatea câmpurilor. În domeniul procesării materialelor metalice care se suprapune cu câmpul de micro prelucrare, atunci când metalul atinge o anumită grosime, acest câmp adoptă, în general, metode tradiționale sau lasere de fibre din motive de cost. Laserele solide sunt utilizate doar în scene în care grosimea metalului este subțire sau cerințele de procesare sunt mari, iar costul nu este sensibil. În plus, suprapunerea concurenței dintre cele două este scăzută. Laserele solide sunt utilizate în principal pentru prelucrarea materialelor nemetalice (sticlă, ceramică, materiale plastice, polimeri, ambalaje, alte materiale fragile etc.), iar în domeniul materialelor metalice, sunt utilizate în scene cu cerințe de înaltă precizie și relativ insensibile la costuri.