Λέιζερ ινών έναντι λέιζερ στερεάς κατάστασης

Στη σημερινή εποχή της ταχείας ανάπτυξης της τεχνολογίας λέιζερ, των λέιζερ στερεάς κατάστασης και των λέιζερ ινών, ως δύο σημαντικά βασικά προϊόντα λέιζερ, έχουν αποδείξει τη μοναδική γοητεία και τα πλεονεκτήματά τους σε πολλούς τομείς όπως η βιομηχανική παραγωγή, η επιστημονική έρευνα και οι στρατιωτικές εφαρμογές.

1. Τεχνικές αρχές και διαφορές απόδοσης

1.1 Μέση κέρδους

Τα λέιζερ ινών χρησιμοποιούν γυάλινες ίνες με σπάνια γήινα ως μέσα κέρδους. Κάτω από τη δράση του φωτός της αντλίας, σχηματίζεται υψηλής πυκνότητας ισχύος στην ίνα, με αποτέλεσμα την αναστροφή του πληθυσμού του επιπέδου ενέργειας του λέιζερ και την ταλάντωση του λέιζερ μέσω του βρόχου θετικής ανάδρασης της κοιλότητας του συντονισμού. Τα λέιζερ ινών είναι συμπαγή και δεν απαιτούν ένα σύνθετο σύστημα ψύξης και η ευελιξία των ινών τους καθιστά πιο επωφελείς σε εφαρμογές επεξεργασίας πολυδιάστατων χώρων. Ο πυρήνας ενός λέιζερ ινών είναι μια οπτική ίνα, ένα εύκαμπτο γυάλινο γυαλί ή πλαστικό νήμα που είναι γνωστό για την ικανότητά του να καθοδηγεί το φως σε μεγάλες αποστάσεις με ελάχιστη απώλεια. Η ίνα ενεργεί ως το ενεργό μέσο κέρδους του λέιζερ και είναι ο πυρήνας της λειτουργίας του λέιζερ. Ωστόσο, σε αντίθεση με τις αδιευκρίνιστες γυαλί ή τις πλαστικές ίνες που χρησιμοποιούνται στις τηλεπικοινωνίες, η οπτική ίνα σε ένα λέιζερ ινών είναι προσωμένο με στοιχεία σπάνιων γαιών όπως το erbium ή το ytterbium. Αυτό το ντόπινγκ εισάγει την ενεργειακή κατάσταση που απαιτείται για τη λειτουργία λέιζερ, επιτρέποντας στην ίνα όχι μόνο να καθοδηγήσει το φως αλλά και να την ενισχύσει. Το λέιζερ στερεάς κατάστασης (SSL) επικεντρώνεται στο μοναδικό μέσο κέρδους του, στερεό υλικό και συνήθως αποτελείται από τέσσερα μέρη: μέσο κέρδους, σύστημα ψύξης, οπτική συντονισμένη κοιλότητα και πηγή αντλίας. Το μέσο κέρδους, όπως το Ruby (CR: al₂o₃) ή το γρανάτο αλουμινίου (ND: YAG), είναι η ψυχή του λέιζερ στερεάς κατάστασης. Τα ενεργοποιημένα ιόντα (όπως το nd³⁺) που έχουν προσβληθεί από την ενίσχυση του πληθυσμού αναστρέφονται κάτω από τη δράση του φωτός της αντλίας, δημιουργώντας έτσι φως λέιζερ. Το σύστημα ψύξης είναι υπεύθυνο για την αφαίρεση της θερμότητας που συσσωρεύεται μέσα στο μέσο κέρδους λόγω της παραγωγής λέιζερ για να εξασφαλιστεί σταθερή λειτουργία του λέιζερ. Ο οπτικός συντονιστής σχηματίζει συνεχείς ταλαντώσεις μέσω θετικής ανάδρασης των φωτονίων, εξάγοντας μια εξαιρετικά μονοχρωματική και εξαιρετικά κατευθυντική δέσμη λέιζερ.

1.2 Τα λέιζερ απόδοσης και αποδοτικότητας είναι γνωστά για την εξαιρετική ηλεκτρική τους απόδοση, χάρη στη φύση των καλωδίων οπτικών ινών, τα οποία μπορούν να πραγματοποιήσουν φως με ελάχιστη απώλεια. Αυτό το χαρακτηριστικό καθιστά τα λέιζερ ινών απίστευτα ενεργειακά αποδοτικά, συχνά επιτυγχάνοντας αποτελεσματικότητα άνω του 30%. Τα λέιζερ στερεάς κατάστασης είναι γενικά λιγότερο αποτελεσματικά, πιθανώς λόγω των υψηλότερων απώλειων των μεγαλύτερων μέσων κέρδους τους και της ανάγκης για λαμπτήρες υψηλής έντασης για άντληση.

1.3 Ποιότητα δέσμης: επηρεάζει άμεσα την αποτελεσματικότητα των λέιζερ σε εφαρμογές ακριβείας μονής λειτουργίας των λέιζερ ινών μπορεί να προσφέρει απίστευτα υψηλή ποιότητα δέσμης, που χαρακτηρίζεται από στενή εστίαση και ελάχιστη απόκλιση. Τα λέιζερ στερεάς κατάστασης, ενώ είναι ικανά να παρέχουν δοκούς υψηλής ποιότητας, είναι συχνά δύσκολο να ταιριάζουν με την ποιότητα των ακτίνων των λέιζερ ινών, ειδικά σε υψηλότερα επίπεδα ισχύος. Παρά την χαμηλότερη απόδοση και την ποιότητα της δέσμης τους, τα λέιζερ στερεάς κατάστασης δεν είναι χωρίς τα πλεονεκτήματά τους. Έχουν ισχυρές δυνατότητες κλιμάκωσης ισχύος και είναι κατάλληλες για εφαρμογές υψηλής ισχύος. Τα λέιζερ στερεάς κατάστασης μπορούν να σχεδιαστούν για να παράγουν απίστευτα υψηλά επίπεδα ισχύος αυξάνοντας το μέγεθος του μέσου κέρδους και της ισχύος της αντλίας, η οποία δεν είναι τόσο απλή για τα λέιζερ ινών λόγω των περιορισμών του μεγέθους των ινών και της διάχυσης θερμότητας.

1.4 Τα λέιζερ ινών σταθερότητας έχουν υψηλή σταθερότητα. Η δομή των ινών τους δεν είναι ευαίσθητη στις περιβαλλοντικές αλλαγές (όπως η θερμοκρασία, η υγρασία, οι κραδασμούς κ.λπ.) και μπορεί να διατηρήσει σταθερές συνθήκες εργασίας σε σκληρά περιβάλλοντα. Ταυτόχρονα, τα λέιζερ ινών θεωρούνται πιο ανθεκτικά και προσαρμόσιμα στις περιβαλλοντικές αλλαγές επειδή χρησιμοποιούν δομή στερεάς κατάστασης και δεν περιέχουν οπτικά εξαρτήματα ελεύθερου χώρου. Τα λέιζερ στερεάς κατάστασης έχουν σχετικά κακή σταθερότητα και οι αλλαγές στους περιβαλλοντικούς παράγοντες μπορεί να έχουν μεγαλύτερο αντίκτυπο στην απόδοσή τους.

1.5 Τα λέιζερ ινών από τη διάχυση θερμότητας έχουν εξαιρετική απόδοση απόρριψης θερμότητας. Το μέσο κέρδους του είναι οπτική ίνα, η οποία έχει μεγάλη αναλογία επιφάνειας προς όγκο, και η θερμότητα μπορεί να διαλυθεί γρήγορα, έτσι ώστε να μπορεί να λειτουργήσει σταθερά για μεγάλο χρονικό διάστημα και μπορεί να αντέξει την υψηλή ισχύ εξόδου. Τα λέιζερ στερεάς κατάστασης είναι σχετικά δύσκολο να διαλυθούν θερμότητα και είναι επιρρεπείς σε θερμικές επιδράσεις όταν λειτουργούν με υψηλή ισχύ, επηρεάζοντας την απόδοση και τη ζωή του λέιζερ.

1,6 Το μέγεθος και τα έξοδα συντήρησης των λέιζερ ινών είναι πολύ συμπαγή και δεν απαιτούν σχεδόν καμία συντήρηση. Το μικρό μέγεθος της ίνας και η απουσία εξωτερικών καθρέφτη μειώνουν σημαντικά τα προβλήματα ευθυγράμμισης που σχετίζονται με τα λέιζερ στερεάς κατάστασης. Επιπλέον, οι εξαιρετικές δυνατότητες διάχυσης θερμότητας της ίνας συνήθως δεν απαιτούν ενεργό ψύξη, μειώνοντας περαιτέρω τις απαιτήσεις συντήρησης. Ταυτόχρονα, τα λέιζερ ινών είναι γενικά ασφαλέστερα να λειτουργούν επειδή το λέιζερ περιορίζεται στις ίνες, μειώνοντας τον κίνδυνο τυχαίας έκθεσης. Η ευθυγράμμιση των καθρέφτη σε λέιζερ στερεάς κατάστασης είναι κρίσιμη για τη λειτουργία τους και απαιτεί τακτική επιθεώρηση και προσαρμογή, γεγονός που αυξάνει τον φόρτο εργασίας συντήρησης. Επιπλέον, τα λέιζερ στερεάς κατάστασης συνήθως απαιτούν ενεργό ψύξη για τη διαχείριση της θερμότητας που παράγεται στο μέσο κέρδους, το οποίο όχι μόνο αυξάνει την πολυπλοκότητα του συστήματος, αλλά και αυξάνει τις απαιτήσεις συντήρησης. Τα λέιζερ στερεάς κατάστασης τείνουν να είναι μεγαλύτερα από τα λέιζερ ινών. Η ανάγκη για μεγάλους καθρέφτες κέρδους και εξωτερικούς καθρέφτες αυξάνει το μέγεθος και το βάρος τους, περιορίζοντας την εφαρμογή τους σε εφαρμογές με περιορισμένο χώρο.

2. Πεδία εφαρμογής

Τα λέιζερ ινών λάμπουν στον τομέα της βιομηχανικής κοπής και συγκόλλησης με την υψηλή ισχύ τους, την υψηλή ποιότητα της δέσμης, την καλή απόδοση και τη σταθερότητα της θερμότητας. Τα λέιζερ ινών είναι ιδιαίτερα κατάλληλα για την κοπή πυκνότητας και τη συγκόλληση μεταλλικών υλικών. Η υψηλή απόδοση της ηλεκτρο-οπτικής απόδοσης μετατροπής και η προσαρμογή και η συντήρηση χωρίς συντήρηση μειώνουν σημαντικά το κόστος χρήσης και τη δυσκολία συντήρησης. Ταυτόχρονα, η υψηλή ανοχή των λέιζερ ινών σε σκληρά εργασιακά περιβάλλοντα, όπως σκόνη, δόνηση, υγρασία κ.λπ., τους καθιστά επίσης καλά σε διάφορους βιομηχανικούς χώρους. Τα συνεχή λέιζερ έχουν υψηλό βαθμό διείσδυσης στον τομέα της μακροοικονομικής επεξεργασίας και έχουν αντικαταστήσει σταδιακά τις παραδοσιακές μεθόδους επεξεργασίας σε αυτόν τον τομέα. Τα λέιζερ στερεάς κατάστασης είναι μοναδικά στο πεδίο της εξαιρετικά προέλευσης και της εξαιρετικά μικροσκοπικής επεξεργασίας με την υψηλή ισχύ της μέγιστης ισχύος, της μεγάλης ενέργειας παλμών και του μικρού μήκους κύματος (όπως το πράσινο φως και το υπεριώδες φως). Σε διεργασίες όπως η σήμανση, η κοπή, η διάτρηση και η συγκόλληση με μεταλλικό/μη μεταλλικό υλικό, τα λέιζερ στερεάς κατάστασης μπορούν να επιτύχουν υψηλότερη ακρίβεια επεξεργασίας και ευρύτερη εφαρμογή υλικού. Ειδικά στην εκτύπωση 3D υλικά συγκόλλησης υψηλής ακρίβειας και φωτός, τα λέιζερ στερεάς κατάστασης έχουν γίνει ο προτιμώμενος εξοπλισμός λόγω των λέιζερ μήκους μικρού μήκους με μικρές θερμικές επιδράσεις και υψηλή ακρίβεια επεξεργασίας. Τα λέιζερ στερεάς κατάστασης χρησιμοποιούνται κυρίως στον τομέα της μικρο-μηχανικής ακρίβειας των μη μεταλλικών υλικών και λεπτών, εύθραυστων και άλλων μεταλλικών υλικών λόγω του μικρού μήκους κύματος (υπεριώδους, βαθιάς υπεριώδους), πλάτους μικρού παλμού (πικοσέφαλο, femtosecond) και υψηλής μέγιστης ισχύος. Επιπλέον, τα λέιζερ στερεάς κατάστασης χρησιμοποιούνται ευρέως στην επιστημονική έρευνα αιχμής στους τομείς του περιβάλλοντος, της ιατρικής, των στρατιωτικών και ούτω καθεξής.

3. Μερίδιο αγοράς Η χώρα μου βρίσκεται στη διαδικασία μετασχηματισμού και αναβάθμισης της μεταποιητικής βιομηχανίας από την κατασκευή χαμηλής τεχνολογίας έως την κατασκευή υψηλής τεχνολογίας. Η κατασκευή χαμηλής τεχνολογίας αντιπροσωπεύει υψηλό ποσοστό. Η αγορά μακροοικονομικής επεξεργασίας καλύπτει τόσο την παραγωγή χαμηλής τεχνολογίας όσο και κάποια κατασκευή υψηλής τεχνολογίας. Η ζήτηση της αγοράς είναι μεγάλη. Ως εκ τούτου, η ικανότητα της αγοράς των λέιζερ ινών είναι σχετικά μεγάλη. Τα εγχώρια λέιζερ ινών χαμηλής ισχύος είναι εξαιρετικά εντοπισμένα και υπάρχουν πολλοί οικιακοί κατασκευαστές μεγάλης κλίμακας. Σύμφωνα με την "Έκθεση Ανάπτυξης της Βιομηχανίας Λέιζερ της Κίνας", τα λέιζερ ινών χαμηλής ισχύος έχουν αντικατασταθεί πλήρως από εγχώρια προϊόντα. Όσον αφορά τα μεσαία ισχύ συνεχών λέιζερ ινών, η εγχώρια ποιότητα δεν έχει προφανή μειονεκτήματα, το πλεονέκτημα των τιμών είναι προφανές και το μερίδιο αγοράς είναι συγκρίσιμο. Από την άποψη των συνεχών λέιζερ ινών υψηλής ισχύος, οι εγχώριες μάρκες έχουν επιτύχει μερικές πωλήσεις. Όσον αφορά τα λέιζερ στερεάς κατάστασης, λόγω της καθυστερημένης ανάπτυξης στην Κίνα, δεν υπάρχουν επί του παρόντος εισηγμένες εταιρείες με αυτό το προϊόν ως κύρια επιχείρηση τους και γενικά αγοράζουν ξένες μάρκες. Τα λέιζερ ινών χρησιμοποιούνται κυρίως στον τομέα της μακροοικονομικής επεξεργασίας λόγω της υψηλής ισχύος εξόδου τους (η επεξεργασία μακροεντολής λέιζερ γενικά αναφέρεται στην επεξεργασία του μεγέθους και του σχήματος του αντικειμένου επεξεργασίας με την επίδραση της δέσμης λέιζερ στο επίπεδο χιλιοστόμετρου). Τα στερεά λέιζερ χρησιμοποιούνται ευρέως στον τομέα της μικρο επεξεργασίας λόγω των πλεονεκτημάτων τους, όπως το μικρό μήκος κύματος, το στενό πλάτος παλμού και η υψηλή ισχύς αιχμής (η μικρο -επεξεργασία γενικά αναφέρεται στην επεξεργασία μεγέθους και σχήματος με ακρίβεια που φθάνει τα μικρομετρικά ή ακόμα και νανόμετρα). Γενικά, τα συμπαγή λέιζερ και τα λέιζερ ινών έχουν διαφορετικές εστίες στα πεδία εφαρμογής τους και το καθένα έχει το δικό του πεδίο εφαρμογής. Δεν υπάρχει άμεσος ανταγωνισμός μεταξύ των δύο στους περισσότερους τομείς. Στο πεδίο της επεξεργασίας μεταλλικού υλικού που επικαλύπτεται με το πεδίο της μικρο επεξεργασίας, όταν το μέταλλο φτάσει σε ένα ορισμένο πάχος, αυτό το πεδίο υιοθετεί γενικά παραδοσιακές μεθόδους ή λέιζερ ινών λόγω λόγων κόστους. Τα στερεά λέιζερ χρησιμοποιούνται μόνο σε σκηνές όπου το πάχος του μετάλλου είναι λεπτό ή οι απαιτήσεις επεξεργασίας είναι υψηλές και το κόστος δεν είναι ευαίσθητο. Επιπλέον, ο ανταγωνισμός επικαλύπτεται μεταξύ των δύο είναι χαμηλή. Τα στερεά λέιζερ χρησιμοποιούνται κυρίως για την επεξεργασία μη μεταλλικών υλικών (γυαλί, κεραμικά, πλαστικά, πολυμερή, συσκευασίες, άλλα εύθραυστα υλικά κλπ.) Και στον τομέα των μεταλλικών υλικών, χρησιμοποιούνται σε σκηνές με υψηλές απαιτήσεις ακρίβειας και σχετικά μη ευαίσθητα στο κόστος.