I dagens era av snabb utveckling av laserteknik har fast tillståndslasrar och fiberlasrar, som två huvudsakliga mainstream laserprodukter, visat sin unika charm och fördelar inom många områden som industriproduktion, vetenskaplig forskning och militära tillämpningar.
1. Tekniska principer och prestationsskillnader
① Få medium
Fiberlasrar använder sällsynta jordfältglasfibrer som förstärkningsmedia. Under verkan av pumpljus bildas högeffektdensitet i fibern, vilket resulterar i en populationsinversion av laserenerginivån, och lasersvängning genereras genom den positiva återkopplingsslingan i resonanshålan. Fiberlasrar är kompakta och kräver inte ett komplext kylsystem, och flexibiliteten hos fibern gör dem mer fördelaktiga i multidimensionella rymdbehandlingsapplikationer.
Kärnan i en fiberlaser är en optisk fiber, ett flexibelt, hårtunnt glas eller plastfilament känd för sin förmåga att vägleda ljus över långa avstånd med minimal förlust. Fiberen fungerar som det aktiva förstärkningsmediet för lasern och är kärnan i laserens operation. Till skillnad från de odopade glas- eller plastfibrerna som används i telekommunikation dopas emellertid den optiska fibern i en fiberlaser med sällsynta jordartselement som erbium eller yttterbium. Denna doping introducerar de energitillstånd som är nödvändiga för laserdrift, vilket gör att fibern inte bara kan vägleda ljus utan också förstärka den.
Solid -State Laser (SSL) är centrerad på sitt unika förstärkningsmedium, fast material och består vanligtvis av fyra delar: förstärkning av medelstora, kylsystem, optisk resonanshålrum och pumpkälla. Få medium, såsom Ruby (CR: Al₂o₃) eller Neodymium-dopat Yttrium Aluminium Garnet (ND: YAG), är själen hos fasta lasrar. De aktiverade jonerna (såsom Nd³⁺) dopade inuti den uppnår partikelantalinversion under verkan av pumpljus och därmed genererar laser. Kylsystemet ansvarar för att ta bort värmen som samlas in i förstärkningsmediet på grund av lasergenerering för att säkerställa stabil drift av lasern. Den optiska resonanskaviteten bildar kontinuerlig oscillation genom positiv återkoppling av fotoner och matar ut en mycket monokromatisk och mycket riktad laserstråle.
②prestanda och effektivitet
Fiberlasrar är kända för sin exceptionella elektriska effektivitet tack vare arten av fiberoptiska kablar, som leder ljus med minimala förluster. Denna funktion gör fiberlasrar otroligt energieffektiva, vilket ofta uppnår effektivitet som överstiger 30%. Lasrar för fast tillstånd är i allmänhet mindre effektiva, troligtvis på grund av de högre förlusterna av deras skrymmande förstärkningsmedia och behovet av högintensiva lampor för pumpning.
③ Strålkvalitet: påverkar direkt laserens effektivitet i precisionsapplikationer. Enkelmoddrift av fiberlasrar kan ge otroligt hög strålkvalitet, kännetecknad av tätt fokusering och minimal divergens. Även om solid-tillståndslasrar kan tillhandahålla strålar av hög kvalitet, är de ofta svåra att matcha strålkvaliteten på fiberlasrar, särskilt vid högre effektnivåer. Trots den lägre effektiviteten och strålkvaliteten är fast tillståndslasrar inte utan deras fördelar. De har kraftfulla kraftskalningsfunktioner och är mycket lämpliga för högeffekt. Lasrar med fast tillstånd kan utformas för att producera otroligt höga effektnivåer genom att öka storleken på förstärkningsmediet och pumpkraften, vilket inte är så enkelt för fiberlasrar på grund av begränsningarna av fiberstorlek och värmeavledning.
④ Stabilitetsfiberlasrar har hög stabilitet. Deras fiberstruktur är okänslig för miljöförändringar (såsom temperatur, luftfuktighet, vibrationer etc.) och kan upprätthålla ett stabilt arbetstillstånd i relativt hårda miljöer. Samtidigt använder fiberlasrar en fast tillståndsstruktur och innehåller inte optiska komponenter med fritt utrymme, så de anses vara mer hållbara och kunna anpassa sig till miljöförändringar. Lasrar för fast tillstånd har relativt dålig stabilitet, och förändringar i miljöfaktorer kan ha en större inverkan på deras prestanda.
⑤ Värmeavledningsprestanda Fiberlasrar har utmärkt värmeavledningsprestanda. Dess förstärkningsmedium är optisk fiber, som har ett stort ytan mellan yta och volymförhållande, och värmen kan spridas snabbt, så att det kan fungera stabilt under lång tid och tål hög effekt. Värmeavledningen av solida tillståndslasrar är relativt svår, och problem med termisk effekt är benägna att uppstå när man arbetar med hög effekt, vilket påverkar laserens prestanda och livslängd.
⑥ Storlek och underhållskostnadsfiberlasrar är mycket kompakta och nästan underhållsfria. Den lilla storleken på fibern och frånvaron av yttre speglar minskar kraftigt inriktningsproblemen förknippade med solid-tillståndslasrar. Dessutom kräver den utmärkta värmeavledningsförmågan hos fibern vanligtvis inte aktiv kylning, vilket ytterligare minskar underhållskraven. Samtidigt är fiberlasrar i allmänhet säkrare att fungera eftersom lasern är begränsad i fibern, vilket minskar risken för oavsiktlig exponering. Anpassningen av speglarna i lasrar med fast tillstånd är avgörande för deras drift och kräver regelbunden inspektion och justering, vilket ökar underhållsarbetsbelastningen. Dessutom kräver solid-tillståndslasrar vanligtvis aktiv kylning för att hantera värmen som genereras i förstärkningsmediet, vilket inte bara ökar systemets komplexitet, utan ökar också underhållskraven. Lasrar med fast tillstånd tenderar att vara större än fiberlasrar. Behovet av stora förstärkningsspeglar och yttre speglar ökar deras storlek och vikt, vilket begränsar deras tillämpbarhet i applikationer med begränsat utrymme.
2. Applikationsfält
Fiberlasrar lyser inom området industriell skärning och svetsning med sin höga effekt, hög strålkvalitet, god värmeavledningsprestanda och stabilitet. Fiberlasrar är särskilt lämpliga för tjock platta skärning och svetsning av metallmaterial. Deras höga elektrooptiska omvandlingseffektivitet och justeringsfri och underhållsfri design minskar kraftigt användningskostnaderna och underhållssvårigheten. Samtidigt gör den höga toleransen för fiberlasrar för hårda arbetsmiljöer, såsom damm, vibrationer, luftfuktighet etc., dem också att prestera bra på olika industriområden. Kontinuerliga lasrar har en hög grad av penetration inom makrobearbetningen och har gradvis ersatt traditionella bearbetningsmetoder inom detta område.
Lasrar för fast tillstånd är unika inom området ultralatsprecision och ultramikrobearbetning med sin höga toppeffekt, stor pulsenergi och kortvåglängd laserutgång (såsom grönt ljus och ultraviolett ljus). I processer som metall/icke-metallmaterialmarkering, skärning, borrning och svetsning kan solid-tillståndslasrar uppnå högre bearbetningsnoggrannhet och bredare material. Speciellt i högprecisionssvetsning och lätt curing 3D-utskrift av icke-metalliska material har fast tillståndslasrar blivit den föredragna utrustningen på grund av deras kortvåglängdslasrar med små termiska effekter och hög bearbetningsnoggrannhet. Lasrar med fast tillstånd används huvudsakligen inom området precisionsmikromaskiner av icke-metalliska material och tunna, spröda och andra metallmaterial på grund av deras korta våglängd (ultraviolett, djup ultraviolett), kort pulsbredd (picosekund, femtosekund) och hög toppeffekt. Dessutom används solid-state-lasrar i stor utsträckning i banbrytande vetenskaplig forskning inom områdena miljö, medicin, militär och så vidare.
3. Marknadsandel
Mitt land håller på att omvandla och uppgradera tillverkning från avancerad tillverkning till avancerad tillverkning. Lågtillverkning står för en hög andel. Den makrobehandlingsmarknaden täcker både avancerad tillverkning och viss avancerad tillverkning. Marknadens efterfrågan är stor. Därför är marknadskapaciteten för fiberlasrar relativt stor.
Graden av lokalisering av inhemska lågmaktfiberlasrar är hög och det finns många inhemska storskaliga tillverkare. Enligt "China Laser Industry Development Report" har lågeffektfiberlasrar helt ersatts av inhemska produkter; När det gäller kontinuerliga fiberlasrar med medelstora fiber har inhemsk kvalitet inga uppenbara nackdelar, prisfördelen är uppenbar och marknadsandelen är likvärdig; När det gäller kontinuerliga fiberlasrar med hög effekt har inhemska varumärken uppnått delvis försäljning.
När det gäller solida lasrar, på grund av den sena utvecklingen i Kina, finns det för närvarande inga noterade företag med denna produkt som deras huvudsakliga verksamhet, och de köper i allmänhet utländska varumärken.
Fiberlasrar används huvudsakligen inom makrobearbetningen på grund av deras höga utgångseffekt (lasermakrobearbetning hänvisar i allmänhet till bearbetning av storleken och formen på bearbetningsobjektet med påverkan av laserstrålen på bearbetningsobjektet inom millimeterområdet ); Fasta lasrar används ofta inom mikrobearbetning på grund av deras fördelar såsom kort våglängd, smal pulsbredd och hög toppeffekt (mikrobearbetning hänvisar vanligtvis till bearbetningen av storlek och form med precision som når mikrometern eller till och med nanometernivå ), vilket resulterar i vissa skillnader mellan användarna av fasta lasrar och fiberlasrar.
I allmänhet har solida lasrar och fiberlasrar olika applikationsfält och var och en har sitt eget applikationsfält. Det finns ingen direkt konkurrens mellan de två på de flesta områden. Inom metallmaterialbehandlingen som överlappar med mikrobearbetning, när metallen når en viss tjocklek, antar detta fält i allmänhet traditionella metoder eller fiberlasrar på grund av kostnadsskäl. Fasta lasrar används endast i scener med tunn metalltjocklek eller höga bearbetningskrav och okänsliga för kostnader. Dessutom är tävlingen överlappning mellan de två låg. Fasta lasrar används huvudsakligen för bearbetning av icke-metalliska material (glas, keramik, plast, polymerer, förpackningar, andra spröda material, etc.), och inom metallmaterial används de i scener med höga precisionskrav och krav och relativt okänslig för kostnader.
