Vezellasers versus lasers vaste toestand

In het huidige tijdperk van snelle ontwikkeling van lasertechnologie hebben solid-state lasers en vezellasers, als de twee belangrijkste reguliere laserproducten, elk hun unieke charme en voordelen aangetoond op vele gebieden zoals industriële productie, wetenschappelijk onderzoek en militaire toepassingen.

1. Technische principes en prestatieverschillen

1.1 Winst medium

Vezellazers gebruiken zeldzame door de aarde gedoteerde glazen vezels als winstmedia. Onder de werking van pomplicht wordt hoge vermogensdichtheid gevormd in de vezel, wat resulteert in een populatie -inversie van het lasergeterniveau en laser -oscillatie door de positieve feedback -lus van de resonerende holte. Vezellazers zijn compact en vereisen geen complex koelsysteem, en de flexibiliteit van de vezel maakt ze voordeliger in multidimensionale ruimtevertoepassingen. De kern van een vezellaser is een optische vezel, een flexibele, haar-dunne glas of plastic gloeidraad bekend om zijn vermogen om licht over lange afstanden te leiden met minimaal verlies. De vezel werkt als het actieve versterkingsmedium van de laser en is de kern van de werking van de laser. In tegenstelling tot de ongedoteerde glas- of plastic vezels die worden gebruikt in telecommunicatie, wordt de optische vezel in een vezellaser echter gedoteerd met zeldzame aardelementen zoals erbium of ytterbium. Deze doping introduceert de energietoestand die nodig is voor laserbewerking, waardoor de vezel niet alleen licht kan leiden, maar ook kan versterken. Solid-state laser (SSL) is gecentreerd op zijn unieke versterkingsmedium, vast materiaal en is meestal samengesteld uit vier delen: versterkingsmedium, koelsysteem, optische resonerende holte en pompbron. Het versterkingsmedium, zoals Ruby (Cr: Al₂o₃) of neodymium-gedoteerde yttrium aluminium granaat (ND: YAG), is de ziel van de laser van de vaste toestand. De geactiveerde ionen (zoals Nd³⁺) gedoteerd daarin bereiken populatie -inversie onder de werking van pomplicht, waardoor laserlicht wordt gegenereerd. Het koelsysteem is verantwoordelijk voor het verwijderen van de warmte die in het versterkingsmedium wordt verzameld als gevolg van lasergeneratie om een ​​stabiele werking van de laser te garanderen. De optische resonator vormt continue oscillaties door positieve feedback van fotonen, waardoor een zeer monochromatische en zeer directionele laserstraal wordt uitgevoerd.

1.2 Prestaties en efficiëntie Vezellasers staan ​​bekend om hun uitstekende elektrische efficiëntie, dankzij de aard van glasvezelkabels, die licht kunnen leiden met minimaal verlies. Deze functie maakt vezellasers ongelooflijk energiezuinig en bereikt vaak efficiëntie van meer dan 30%. Solid-state lasers zijn over het algemeen minder efficiënt, waarschijnlijk vanwege de hogere verliezen van hun grotere versterkingsmedia en de behoefte aan lampen met een hoge intensiteit om te pompen.

1.3 Beamkwaliteit: heeft direct invloed op de effectiviteit van lasers in precisietoepassingen Single-mode werking van vezellasers kan een ongelooflijk hoge bundelkwaliteit bieden, gekenmerkt door strakke focus en minimale divergentie. Solid-state lasers, hoewel ze in staat zijn om hoogwaardige balken te leveren, zijn vaak moeilijk te matchen van de straalkwaliteit van vezellasers, vooral bij hogere vermogensniveaus. Ondanks hun lagere efficiëntie en bundelkwaliteit zijn lasers vaste toestand niet zonder hun voordelen. Ze hebben krachtige vermogensschalingmogelijkheden en zijn zeer geschikt voor krachtige toepassingen. Solid-state lasers kunnen worden ontworpen om ongelooflijk hoge vermogensniveaus te produceren door de grootte van het versterkingsmedium en het pompvermogen te vergroten, wat niet zo eenvoudig is voor vezellasers vanwege de beperkingen van vezelgrootte en warmtedissipatie.

1.4 Stabiliteitsvezellazers hebben een hoge stabiliteit. Hun vezelstructuur is ongevoelig voor veranderingen in het milieu (zoals temperatuur, vochtigheid, trillingen, enz.) En kan stabiele werkomstandigheden in harde omgevingen handhaven. Tegelijkertijd worden vezellasers als duurzamer beschouwd en aanpasbaar aan veranderingen in het milieu omdat ze een vaste toestandsstructuur gebruiken en geen optische componenten in de vrije ruimte bevatten. Solid-state lasers hebben een relatief slechte stabiliteit en veranderingen in omgevingsfactoren kunnen een grotere impact hebben op hun prestaties.

1.5 Warmte -dissipatievezellasers hebben uitstekende prestaties van warmteafvoer. Het versterkingsmedium is optische vezels, die een groot oppervlak tot volumeverhouding heeft, en warmte kan snel worden verdwenen, zodat het lange tijd stabiel kan werken en een hoog vermogen kan weerstaan. Lasers van vaste toestand zijn relatief moeilijk om warmte te verdrijven en zijn vatbaar voor thermische effecten bij het werken op hoog vermogen, wat de prestaties en de levensduur van de laser beïnvloedt.

1.6 Grootte- en onderhoudskosten Vezelasers zijn erg compact en vereisen bijna geen onderhoud. De kleine omvang van de vezel en de afwezigheid van externe spiegels verminderen de uitlijningsproblemen geassocieerd met lasers van vaste toestand aanzienlijk. Bovendien vereisen de uitstekende warmtedissipatiemogelijkheden van de vezel meestal geen actieve koeling, waardoor de onderhoudsvereisten verder worden verminderd. Tegelijkertijd zijn vezellasers over het algemeen veiliger om te werken omdat de laser in de vezel is beperkt, waardoor het risico op onbedoelde blootstelling wordt verminderd. De afstemming van spiegels in lasers in vaste toestand is van cruciaal belang voor hun werking en vereist regelmatige inspectie en aanpassing, wat de onderhoudswerklast verhoogt. Bovendien vereisen lasers van vaste toestand meestal actieve koeling om de hitte te beheren die wordt gegenereerd in het versterkingsmedium, dat niet alleen de complexiteit van het systeem verhoogt, maar ook de onderhoudsvereisten verhoogt. Solid-state lasers zijn meestal groter dan vezellasers. De behoefte aan grote versterkingsspiegels en externe spiegels verhoogt hun grootte en gewicht, waardoor hun toepasbaarheid in toepassingen met beperkte ruimte wordt beperkt.

2. Applicatievelden

Vezelasers schijnen op het gebied van industrieel snijden en lassen met hun hoge vermogen, hoge bundelkwaliteit, goede warmte -dissipatieprestaties en stabiliteit. Vezelasers zijn bijzonder geschikt voor dikke plaat snijden en lassen van metalen materialen. Hun hoge elektro-optische conversie-efficiëntie en aanpassingsvrij en onderhoudsvrij ontwerp verlagen de gebruikskosten en de moeilijkheid van onderhoud aanzienlijk. Tegelijkertijd zorgt de hoge tolerantie van vezellasers voor harde werkomgevingen, zoals stof, trillingen, vochtigheid, enz., Liet ze ook goed presteren op verschillende industriële locaties. Continue lasers hebben een hoge mate van penetratie op het gebied van macro -verwerking en hebben geleidelijk traditionele verwerkingsmethoden op dit gebied vervangen. Solid-state lasers zijn uniek op het gebied van ultra-precisie en ultra-micro-verwerking met hun hoge piekvermogen, grote pulsenergie en laseruitgang met korte golflengte (zoals groen licht en ultraviolet licht). In processen zoals metaal/niet-metaal materiaalmarkering, snijden, boren en lassen, kunnen lasers vaste toestand een hogere verwerkingsnauwkeurigheid en bredere materiaal toepasbaarheid bereiken. Vooral bij zeer nauwkeurige lassen en lichte 3D-printen van niet-metalen materialen, zijn lasers vaste toestand de voorkeursapparatuur geworden vanwege hun lasers met korte golflengte met kleine thermische effecten en een hoge verwerkingsnauwkeurigheid. Solid-state lasers worden voornamelijk gebruikt op het gebied van precisie micro-macheling van niet-metalen materialen en dunne, bros en andere metalen materialen vanwege hun korte golflengte (ultraviolet, diep ultraviolet), korte pulsbreedte (picosecond, femtosecond) en hoog piekvermogen. Bovendien worden solid-state lasers veel gebruikt in geavanceerd wetenschappelijk onderzoek op het gebied van milieu, geneeskunde, militairen, enzovoort.

3. Marktaandeel, mijn land is bezig met transformatie en upgraden van de productie-industrie, van lage productie tot hoogwaardige productie. Low-end productie is goed voor een groot deel. De macro-verwerkingsmarkt omvat zowel de low-end productie als wat high-end productie. De marktvraag is groot. Daarom is de marktcapaciteit van vezelladers relatief groot. De binnenlandse lasers met een laag vermogen zijn zeer gelokaliseerd en er zijn veel grootschalige binnenlandse fabrikanten. Volgens het "China Laser Industry Development Report" zijn lasers met lage kracht volledig vervangen door binnenlandse producten; In termen van continue vezellasers met medium-kracht, heeft de binnenlandse kwaliteit geen duidelijke nadelen, het prijsvoordeel is duidelijk en het marktaandeel is vergelijkbaar; In termen van krachtige continue vezellasers hebben binnenlandse merken gedeeltelijke verkoop bereikt. Wat betreft solid-state lasers, vanwege de late ontwikkeling in China, zijn er momenteel geen beursgenoteerde bedrijven met dit product als hun belangrijkste bedrijf, en ze kopen over het algemeen buitenlandse merken. Vezelasers worden voornamelijk gebruikt op het gebied van macro -verwerking vanwege hun hoge uitgangsvermogen (laser -macro -verwerking verwijst in het algemeen naar de verwerking van de grootte en vorm van het verwerkingsobject met de invloed van de laserstraal op het millimeterniveau); Solide lasers worden op grote schaal gebruikt op het gebied van micro -verwerking vanwege hun voordelen zoals korte golflengte, smalle pulsbreedte en hoog piekvermogen (micro -verwerking verwijst in het algemeen naar de verwerking van grootte en vorm met precisie die micrometers of zelfs nanometers bereikt), wat resulteert in bepaalde verschillen tussen gebruikers van vaste lasers en vezellasers. Over het algemeen hebben stevige lasers en vezellasers verschillende focus op hun applicatievelden en heeft elk zijn eigen toepassingsveld. Er is geen directe concurrentie tussen de twee op de meeste velden. Op het gebied van metaalmateriaalverwerking dat overlapt met het veld van micro -verwerking, wanneer het metaal een bepaalde dikte bereikt, neemt dit veld over het algemeen traditionele methoden of vezellasers aan vanwege kostenredenen. Vaste lasers worden alleen gebruikt in scènes waar de metalen dikte dun is of de verwerkingsvereisten hoog zijn en de kosten niet gevoelig zijn. Bovendien is de concurrentie overlapping tussen de twee laag. Solide lasers worden voornamelijk gebruikt voor de verwerking van niet-metalen materialen (glas, keramiek, kunststoffen, polymeren, verpakkingen, andere brosse materialen, enz.), En op het gebied van metaalmaterialen worden ze gebruikt in scènes met hoge precisievereisten en relatief ongevoelig voor de kosten.