Kiudained vs tahke oleku laserid

Lasertehnoloogia kiire arengu, tahke oleku laserite ja kiudainete kiire arengu ajastul on kaks peamist peavoolu lasertoodet näidanud mõlemad oma ainulaadset võlu ja eeliseid paljudes valdkondades, nagu tööstustootmine, teaduslikud uuringud ja sõjalised rakendused.

1. Tehnilised põhimõtted ja tulemuslikkuse erinevused

1.1 võimendusvahend

Kiudlaserid kasutavad keskkonnamõjude legeeritud klaaskiududena võimendusena. Pumba valguse toimel moodustub kiudainetes suur võimsustihedus, mille tulemuseks on laserienergia taseme ja laseri võnkumise populatsiooni ümberpööramine resonantsõõne positiivse tagasiside ahela kaudu. Kiudlaserid on kompaktsed ja ei vaja keerulist jahutussüsteemi ning kiu paindlikkus muudab need mitmemõõtmelistes kosmosetöötluse rakendustes soodsamaks. Kiudlaseri südamik on optiline kiud, paindlik, juuste õhuke klaasi või plastist hõõgniit, mis on tuntud selle suutlikkuse poolest, et juhtida valgust pikkadel vahemaadel minimaalse kaduga. Kiud toimib laseri aktiivse võimenduse söötmena ja on laseri operatsiooni tuum. Erinevalt telekommunikatsioonis kasutatavatest lakkamata klaasist või plastkiududest on kiudaris sisalduv optiline kiud levinud haruldaste muldmetallide elementidega nagu erbium või ytterbium. See doping tutvustab lasertööks vajalikku energiaseisundit, võimaldades kiudadel mitte ainult valgust suunata, vaid ka seda võimendada. Tahkislaser (SSL) on keskendunud ainulaadsele võimenduskeskkonnale, tahkele materjalile ja koosneb tavaliselt neljast osast: võimenduse keskmine, jahutussüsteem, optiline resonantsõõnsus ja pumba allikas. Võimendi sööde, nagu Ruby (CR: Al₂o₃) või neodüümiga legeeritud yttrium-alumiiniumist granaat (ND: YAG), on tahkislaseri hing. Selle sees leotatud aktiveeritud ioonid (näiteks nd³⁺) saavutavad pumba valguse toimel elanikkonna inversiooni, tekitades sellega laservalgust. Jahutussüsteem vastutab laseri genereerimise tõttu võimenduse keskkonnas kogunenud soojuse eemaldamise eest, et tagada laser stabiilne töö. Optiline resonaator moodustab footonite positiivse tagasiside kaudu pidevaid võnkumisi, väljastades väga ühevärvilise ja väga suunalise laserkiire.

1.2 Performance ja tõhususe kiudlaserid on tänu kiudoptiliste kaablite olemusele tuntud oma suurepärase elektrilise efektiivsuse poolest, mis võib valgust minimaalse kaduga läbi viia. See funktsioon muudab kiudained uskumatult energiatõhusaks, saavutades sageli tõhususe üle 30%. Tahkis laserid on üldiselt vähem tõhusad, tõenäoliselt tänu nende suurema võimenduskeskkonna kõrgemale kadumisele ja vajadusele pumpamiseks kõrge intensiivsusega lampide järele.

1.3 Tala kvaliteet: mõjutab otseselt laserite tõhusust täppisrakendustes kiu laserite ühe režiimiga töötavates töös võib pakkuda uskumatult kõrget tala kvaliteeti, mida iseloomustab tihe keskendumine ja minimaalne lahknevus. Tahkis laserid, mis on võimelised pakkuma kvaliteetseid talasid, on sageli keeruline kiudainete tala kvaliteeti sobitada, eriti kõrgemal võimsustasemel. Vaatamata nende madalamale tõhususele ja tala kvaliteedile pole tahkislaserid ilma nende eelisteta. Neil on võimsad võimsuse suurendamise võimalused ja sobivad hästi suure võimsusega rakenduste jaoks. Tahkis laserid saab luua uskumatult suure võimsuse taset, suurendades võimenduse keskmise ja pumba võimsust, mis pole kiu laserite jaoks nii lihtne kiudainete suuruse ja soojuse hajumise piirangute tõttu.

1.4 Stabiilsuskiudude laseritel on kõrge stabiilsus. Nende kiudaine struktuur on tundetu keskkonnamuutuste (näiteks temperatuur, niiskus, vibratsioon jne) ja võib säilitada stabiilseid töötingimusi karmides keskkondades. Samal ajal peetakse kiudaineid keskkonnamuutustele vastupidavamaks ja kohandatavamaks, kuna nad kasutavad tahkis struktuuri ega sisalda vaba ruumi optilisi komponente. Tahkis laseritel on suhteliselt halb stabiilsus ja keskkonnategurite muutused võivad nende tulemuslikkusele suuremat mõju avaldada.

1,5 Soojuse hajumisega kiu laserid on suurepärase soojuse hajumise jõudlusega. Selle võimenduse sööde on optiline kiud, millel on suur pindala ja mahu suhe, ja soojust saab kiiresti hajutada, nii et see saab pikka aega stabiilselt töötada ja taluda suurt väljundit. Tahkislaserid on suhteliselt raske hajutada ja nad on suure võimsusega töötamisel altid soojusmõjudele, mõjutades laseri jõudlust ja eluiga.

1,6 Suurus- ja hoolduskulud Kiud laserid on väga kompaktsed ja ei vaja peaaegu hooldust. Kiu väikesuurus ja väliste peeglite puudumine vähendavad oluliselt tahkislaseritega seotud joondamisprobleeme. Lisaks ei vaja kiudainete suurepärased soojuse hajumise võimalused tavaliselt aktiivset jahutamist, vähendades veelgi hooldusnõudeid. Samal ajal on kiudaineid üldiselt ohutumaks, kuna laseriga piirdub kiudainetes, vähendades juhusliku kokkupuute riski. Peeglite joondamine tahkislaserites on nende toimimiseks kriitilise tähtsusega ning nõuab regulaarset kontrolli ja kohandamist, mis suurendab hooldustöökoormust. Lisaks vajavad tahkislaserid võimenduskeskkonnas tekkiva soojuse haldamiseks tavaliselt aktiivset jahutamist, mis mitte ainult ei suurenda süsteemi keerukust, vaid suurendab ka hooldusnõudeid. Tahkis laserid on tavaliselt suuremad kui kiu laserid. Vajadus suurte võimenduspeeglite ja väliste peeglite järele suurendab nende suurust ja kaalu, piirates nende rakendatavust piiratud ruumiga rakendustes.

2. rakendusväljad

Kiudlaserid paistavad tööstusliku lõikamise ja keevitamise valdkonnas nende suure võimsusega, kõrge kvaliteediga, hea soojuse hajumise ja stabiilsusega. Kiudlaserid sobivad eriti metallmaterjalide paksuks plaadi lõikamiseks ja keevitamiseks. Nende kõrge elektro-optiline muundamise efektiivsus ning reguleerimisevaba ja hooldusvaba disain vähendavad oluliselt kasutuskulusid ja hooldusraskusi. Samal ajal paneb kiudainete kõrge tolerants karmi töökeskkonna suhtes, nagu tolm, vibratsioon, niiskus jne, ka erinevates tööstuslikes kohtades hästi toimida. Pidevatel laseritel on makrotöötluse valdkonnas suur tungimine ja need on selles valdkonnas järk -järgult asendanud traditsioonilised töötlemismeetodid. Tahkis laserid on unikaalsed ultraperioodi ja ultra-mikro töötlemise valdkonnas, millel on suur tippvõimsus, suur impulssienergia ja lühilainepikkusega laserväljal (näiteks roheline tuli ja ultraviolettvalgus). Sellistes protsessides nagu metalli/mittemetallide märgistamine, lõikamine, puurimine ja keevitamine, võivad tahkislaserid saavutada suurema töötlemise täpsuse ja laiema materjali rakendatavuse. Eriti mittemetalliliste materjalide ülitäpse keevitamise ja kergelt keerduva 3D-printimise korral on tahkis laserid muutunud eelistatud seadmeks nende lühilainepikkuse laserite tõttu, millel on väikesed termilised efektid ja kõrge töötlemise täpsus. Tahkis lasereid kasutatakse peamiselt mittemetalliliste materjalide ja õhukeste, rabedate ja muude metallmaterjalide täpse mikrotöötlemise väljal nende lühikese lainepikkuse (ultraviolettkiirguse, sügava ultraviolettkiirguse), lühikese impulsi laiuse (pikosekundi, femtosekundi) ja kõrge tippvõimsuse tõttu. Lisaks kasutatakse tahkislasereid laialdaselt tipptasemel teadusuuringutes keskkonna, meditsiini, sõjaväe ja nii edasi.

3. Turuosa minu riik on tootmise tööstuse muutmise ja uuendamise protsessis tipptasemel tootmisel tipptasemel tootmiseni. Madala hinnaga tootmine moodustab suure osa. Makrotöötlemisturg hõlmab nii madala hinnaga tootmist kui ka mõnda tipptasemel tootmist. Turunõudlus on suur. Seetõttu on kiudlaserite turuvõime suhteliselt suur. Kodumaised vähese võimsusega kiudained on väga lokaliseeritud ja seal on palju suuremahulisi kodumaiseid tootjaid. "Hiina laseritööstuse arendamise aruande" kohaselt on vähese võimsusega kiudaineid täielikult asendatud kodumaiste toodetega; Keskmise võimsusega pidevate kiudainete puhul pole kodumaisel kvaliteedil ilmseid puudusi, hinnaeelis on ilmne ja turuosa on võrreldav; Suure võimsusega pidevate kiudlaserite osas on kodumaised kaubamärgid saavutanud osalise müügi. Mis puutub tahkislaseritesse, siis Hiinas hilise arengu tõttu pole praegu ühtegi nimetatud ettevõtet, kellel on see toode nende peamiseks ettevõtteks, ja nad ostavad üldiselt välismaiseid kaubamärke. Kiudlasereid kasutatakse peamiselt makrotöötluse valdkonnas tänu nende suure väljundvõimsusele (laser -makro töötlemine viitab tavaliselt töötlemisobjekti suurusele ja kujule, millel on laserkiire mõju millimeetri tasemele); Tahkeid lasereid kasutatakse mikrotöötluse valdkonnas laialdaselt nende eeliste tõttu nagu lühike lainepikkus, kitsas impulsi laius ja kõrge tippvõimsus (mikrotöötlus viitab üldiselt suuruse ja kuju töötlemisele, mille täpsus on jõudnud mikromeetritele või isegi nanomeetritele), mille tulemuseks on teatud erinevused tahkete laserite ja kiudlasside kasutajate vahel. Üldiselt on tahketel lasertel ja kiudained oma rakendusväljadel erinevad ja igal on oma rakendusväli. Enamikus valdkondades pole nende kahe vahel otsest konkurentsi. Metallmaterjali töötlemise valdkonnas, mis kattub mikrotöötluse valdkonnaga, kui metall jõuab teatud paksuseni, kasutab see väli üldiselt kulude põhjustel traditsioonilisi meetodeid või kiudaineid. Tahkeid lasereid kasutatakse ainult stseenides, kus metalli paksus on õhuke või töötlemisnõuded on kõrged ja kulud pole tundlikud. Lisaks on nende kahe konkurentsi kattumine madal. Tahkeid lasereid kasutatakse peamiselt mittemetalliliste materjalide (klaas, keraamika, plast, polümeerid, pakendid, muud rabedad materjalid jne) töötlemiseks ning metallmaterjalide valdkonnas kasutatakse neid stseenides, millel on suure täpsusnõuded ja suhteliselt tundlikud kulud.