Tänapäeva kiiresti muutuvas lasertehnoloogias, tahke oleku laserid ja kiudainete laserid on kaks peavoolu lasertoodet, millest igaüks on tööstusliku tootmise, teaduslike uuringute, sõjaliste rakenduste ja muude valdkondade alal, et näidata ainulaadset võlu ja eeliseid.
Esiteks tehniline põhimõte ja tulemuslikkuse erinevused
① võimendusvahend
Kiudlaserit (kiu laserit) kasutatakse haruldase muinasjutulise legeeritud klaaskiust võimenduse söötmena. Pumba valguse toimel moodustub kiudainetes suur võimsustihedus, mille tulemuseks on osakeste arvu ümberpööramine laserienergia tasemel ja tekitab laseri võnkeid resonantse õõnsuse positiivse tagasiside ahela kaudu. Kiudlaserid on kompaktsed, ei vaja keerulisi jahutussüsteeme ja kiudaine paindlikkus muudab selle mitmemõõtmeliste ruumiliste töötlemise rakendustes soodsamaks.
Kiudlaseri keskmes on optiline kiu, painduv, juuste õhuke klaasi või plastist hõõgniit, mis on tuntud selle võime tõttu suunata valgust pikkade vahemaade jooksul minimaalse kaotusega. See kiud toimib laseri aktiivse võimenduse söötmena ja on selle töö keskmes. Erinevalt telekommunikatsioonis kasutatavate lakkamata klaasist või plastkiududest on kiudainete kiud levinud haruldaste muldmetallide elementidega nagu erbium või ytterbium. See doping tutvustab laseri tööks vajalikke energiaseisundeid, võimaldades kiududel mitte ainult valgust suunata, vaid ka võimendada seda.
Tahkislaserid (SSL) on keskendunud ainulaadsele võimenduskeskkonnale, tahkele materjalile ja koosnevad tavaliselt neljast peamisest komponendist: võimendusööde, jahutussüsteem, optiline resonantsõõnsus ja pumba allikas. Võimalusööde, näiteks Ruby (CR: Al₂o₃) või neodüüm-legeeritud yttrium-alumiinium granaat (ND: YAG), on tahkislaseri hing ja selle sees lehvitatud aktiveerimisioonid (nt nd³⁺) kasutatakse pump-valguse valguse suurendamiseks generatiivse valgusega. Jahutussüsteem vastutab laseri genereerimise ja laseri stabiilse töö tagamise tõttu võimenduse keskkonnas kogunenud soojuse eemaldamise eest. Optiline resonaatoriõõnsus loob footonite positiivse tagasiside kaudu pideva võnkumise, et väljastada väga ühevärvilist ja väga suunalist laserkiirit.
② perspektiiv ja tõhusus
Kiudlaserid on tuntud suurepärase elektri efektiivsuse poolest tänu kiudoptiliste kaablite olemusele, mis viivad valgust minimaalse kaduga. See funktsioon võimaldab kiudainetel olla uskumatult energiatõhusad, saavutades sageli tõhususe üle 30%.
Tahkis laserid on tavaliselt vähem tõhusad, mille võib seostada nende mahukama võimenduskeskkonna kõrgemate kaotustega ja vajadusele pumpamiseks kõrge intensiivsusega lampide järele.
Tala kvaliteet: mõjutab otse laseri tõhusust täppisrakendustes.
Kiudlaserite ühe režiimi toimimine tagab uskumatult kõrge kvaliteedi, mida iseloomustab tihe fookus ja minimaalne lahknevus.
Tahkis laserid, mis on võimelised pakkuma kvaliteetseid talasid, näevad sageli vaeva, et sobitada kiudainete valguskvaliteeti, eriti kõrgemal võimsustasemel.
Vaatamata nende madalamale tõhususele ja tala kvaliteedile pole tahkislaserid ilma nende eelisteta. Neil on tugevad võimsuse skaleerimisvõimalused, mis muudavad need hästi sobivaks suure võimsusega rakendusteks. Tahkis laserid saab luua uskumatult suure võimsuse taset, suurendades võimenduse ja pumba võimsust, mis pole kiudainete jaoks kiudainete suuruse ja soojuse hajumise piirangute tõttu nii lihtne.
④ stabiilsus
Kiudlaserid on väga stabiilsed. Selle kiudaine struktuur ei ole tundetu keskkonna muutuste suhtes (nt temperatuur, niiskus, vibratsioon jne) ja suudab säilitada stabiilse töötingimuse karmimates keskkondades. Samal ajal peetakse kiudaineid keskkonnamuutustele vastupidavamaks ja kohandatavamaks, kuna neil on tahkis struktuur ja need ei sisalda vaba ruumi optilisi komponente.
Tahkis laserid on suhteliselt ebastabiilsed ja keskkonnategurite muutused võivad nende tulemuslikkusele suuremat mõju avaldada.
⑤ Kuumuke hajumise jõudlus
Kiudlaseritel on suurepärane soojuse hajumise jõudlus. Selle võimenduse sööde on optiline kiudaine, millel on suur pindala ja mahu suhe, ja soojust saab kiiresti eraldada, nii et see saab pikka aega stabiilselt töötada ja taluda suurt väljundit.
Tahkislaserid on suhteliselt raske hajutada ja nad on suure võimsusega töö ajal soojusefekti probleemidele altid, mõjutades laseri jõudlust ja eluiga.
⑥ Suurus ja hoolduskulud
Kiudlaserid on väga kompaktsed ja vajavad vähe hooldust. Kiu väikesuurus ja väliste peeglite puudumine vähendavad oluliselt tahkislaseritega seotud joondamisprobleeme. Lisaks välistab kiu suurepärane võime hajutada soojust sageli aktiivse jahutamise vajaduse, vähendades veelgi hooldusnõudeid. Samuti on kiudaineid tavaliselt ohutum, kuna laser piirdub kiudainetes, vähendades juhusliku kokkupuute riski.
Peeglite joondamine tahkislaserites on nende toimimiseks kriitilise tähtsusega ning nõuab perioodilist kontrolli ja kohandamist, mis suurendab hooldustööd. Lisaks vajavad tahkislaserid võimenduskeskkonnas tekkiva soojuse haldamiseks tavaliselt aktiivset jahutamist, mis mitte ainult ei lisa süsteemi keerukust, vaid suurendab ka hooldusnõudeid. Tahkis laserid on tavaliselt suuremad kui kiu laserid. Vajadus suure võimenduse ja väliste peeglite järele suurendab nende suurust ja kaalu, piirates nende sobivust kosmosepiirangute jaoks.
Teiseks rakendusalad
Kiu laserid säravad tööstusliku lõikamise ja keevitamise valdkonnas oma suure võimsusega, kõrge kvaliteediga, hea soojuse hajumise ja stabiilsusega. Kiudlaserid sobivad eriti metallmaterjalide paksude taldrikute lõikamiseks ja keevitamiseks ning nende kõrge elektro-optilise muundamise efektiivsus ja reguleerimisvaba, hooldusvaba disain vähendavad oluliselt kasutus- ja hooldusraskusi. Samal ajal paneb kiudlaseri kõrge tolerants karmide töökeskkondade, nagu tolm, vibratsioon, niiskus jne, ka igasugustes tööstuskohtades hästi toimida. Pidevatel laseritel on suur tungimine makrotöötlemise valdkonnas, kus nad on järk-järgult asendanud traditsioonilised töötlemismeetodid.
Tahke oleku laserid on ainulaadsed ultraprecisioni ja ultra-mikro töötlemise valdkonnas koos nende suure tippvõimsusega, suure impulsi energia ja lühikese lainepikkusega laserväljundiga (nt roheline, UV). Sellistes protsessides nagu metalliliste\/mittemetalliliste materjalide märgistamine, lõikamine, puurimine ja keevitamine on võimelised saavutama töötlemise täpsuse ja materjali laiema rakendatavuse suuremat töötlemist. Eriti mittemetalliliste materjalide ja kergete 3D-printimise ülitäpses keevitamises on tahkis laserid muutunud valitud seadmeks, kuna nende lühikese lainepikkusega laserid on väikesed termilised efektid ja kõrge töötlemise täpsus. Tahkis lasereid kasutatakse peamiselt mittemetalliliste materjalide ja õhukeste, rabedate ja muude metalliliste materjalide täpsuse mikromaterikamise valdkonnas nende lühikeste lainepikkuste (ultraviolettkiirguse, sügava ultraviolettkiirguse), lühikeste impulsilaiuste (piksekutsete, femtosekundide) ja kõrge tipu jõuga. Lisaks kasutatakse tahkislasereid laialdaselt tipptasemel teadusuuringutes keskkonna-, meditsiini- ja sõjaväevaldkondades.
Kolmandaks turuosa
Hiina tegeleb töötleva tööstuse muutmise ja uuendamise protsessist madala hinnaga tootmiseni tipptasemel tootmiseni, madala hinnaga tootmise osakaal on kõrge ning makrotöötlemise turg hõlmab nii madalat tootmist kui ka osa tipptasemel tootmist ning seetõttu on turunõudlus suur, seetõttu on kiudlasside turuvõime suur.
Kodumaine keskmise ja vähese energiakuuduga laseriga lokaliseerimise kraad on kõrge, kodumaised tootjad. "Hiina laseritööstuse arendamise aruande" kohaselt on vähese võimsusega kiudaine laser täielikult realiseerinud kodumaist asendamist; Keskmise võimsusega pidev kiudainelaser, kodumaine kvaliteet ja selle ilmselge puudus, hinnaline eelis on ilmne, turuosa on samaväärne; Suure võimsusega pidev kiudaine laseriga kodumaised kaubamärgid on müüki saavutanud.
Mis puutub tahkislaseritesse, siis kodumaise arendamise tõttu ei osutaks see toodet kui peamist ettevõtet, ostavad üldiselt välismaiseid kaubamärke.
Kiud lasereid kasutatakse peamiselt makrotöötlemise valdkonnas nende suure väljundvõimsuse tõttu (laser makrotöötlemine viitab üldiselt mõõtmete ja kujundite töötlemisele, kus laserkiir mõjutab töötlemisobjekti millimeetrite vahemikus); Tahkis lasereid kasutatakse laialdaselt mikroprotsesside valdkonnas (mikroprotsessing viitab üldiselt mõõtmete ja kujundite töötlemisele, kui täpsus jõuab mikromeetri või isegi nanomeetri tasemeni) nende lühikeste lainepikkuste, kitsa impulsi laiuse, suure tippvõimsuse ja muude eelistega tahkis- ja vedurilasside jaoks on mõned erinevused.
Üldiselt on kindlatel lasertel ja kiudainetel oma rakenduspiirkonnad. Neil kahel ei ole enamikul põldudel otsest konkurentsi, mikromaterjalide kattumise valdkonnas metallmaterjalide töötlemise valdkonnas, metallis korpuse teatud paksuseni kulude põhjustel. Põllu kasutab üldiselt traditsioonilist viisi või kiudlassereid, ainult metalli paksuses õhukese paksuses ega stseeni nõuete töötlemine ei ole tundlik tahkete laserite kulude suhtes. Lisaks on kahe kattumise vaheline konkurentsi aste madal, tahke olekuga laserid kasutatakse peamiselt mittemetalliliste materjalide (klaas, keraamika, plastik, polümeerid, pakendid, muud rabedad materjalid jne) töötlemisel ning metallimaterjalide valdkonnas kasutatakse stsenaariume, mis vajavad suurt täpsust ja mis on suhteliselt tundlikud.
