Лазери с влакна срещу твърди състояния

В днешната ера на бързото развитие на лазерната технология, лазерите на твърдо състояние и влакната, тъй като двата основни основни лазерни продукти, всеки демонстрира своя уникален чар и предимства в много области като индустриално производство, научни изследвания и военни приложения.

1. Технически принципи и разлики в резултатите

1.1 Средна среда

Лазерите от влакна използват редки стъклени влакна, легирани със сервона, като придобиват среда. При действието на помпената светлина се образува висока плътност на мощността във влакното, което води до популация на лазерното ниво на енергия и лазерното колебание чрез положителната обратна връзка на резонансната кухина. Лазерите от влакна са компактни и не изискват сложна охлаждаща система, а гъвкавостта на влакното ги прави по-изгодни в многоизмерните приложения за обработка на пространството. Ядрото на лазер от влакна е оптично влакно, гъвкаво, тънки от косата стъкло или пластмасова нишка, известна със способността си да ръководи светлината на дълги разстояния с минимална загуба. Фибрите действат като среда за активно усилване на лазера и е сърцевината на работата на лазера. Въпреки това, за разлика от неоткритите стъклени или пластмасови влакна, използвани в телекомуникациите, оптичното влакно в лазер от влакна е легирано с редки земни елементи като ербий или итербий. Този допинг въвежда енергийното състояние, необходимо за лазерна работа, което позволява на влакното не само да ръководи светлината, но и да го усилва. Твърдо състояние лазер (SSL) е съсредоточен върху своята уникална среда за усилване, твърд материал и обикновено се състои от четири части: среда за усилване, охладителна система, оптична резонансна кухина и източник на помпа. Подвижната среда, като Ruby (Cr: Al₂o₃) или алуминиев гранат, легиран с неодимов (ND: YAG), е душата на лазера на твърдото състояние. Активираните йони (като ND³⁺), легирани вътре в него, постигат популационна инверсия под действието на помпата, като по този начин генерират лазерна светлина. Системата за охлаждане е отговорна за отстраняването на топлината, натрупана вътре в усилващата среда поради лазерно генериране, за да се осигури стабилна работа на лазера. Оптичният резонатор образува непрекъснати трептения чрез положителна обратна връзка на фотоните, извеждайки силно монохроматичен и силно насочен лазерен лъч.

1.2 Лазерите за производителност и ефективност са известни с отличната си електрическа ефективност, благодарение на естеството на оптичните кабели, които могат да извършват светлина с минимална загуба. Тази функция прави фибрите лазери невероятно енергийно ефективни, често постигайки ефективност над 30%. Лазерите с твърдо състояние обикновено са по-малко ефективни, вероятно поради по-високите загуби на тяхната по-голяма среда за усилване и необходимостта от лампи с висока интензивност за изпомпване.

1.3 Качество на лъча: Директно влияе върху ефективността на лазерите при прецизни приложения с едномодова работа на влакнести лазери може да осигури невероятно високо качество на лъча, характеризиращо се с плътно фокусиране и минимална дивергенция. Лазерите от твърдо състояние, макар и способни да осигуряват висококачествени лъчи, често са трудни за съответствие на качеството на лъча на лазерите на влакната, особено при по-високи нива на мощност. Въпреки по-ниската си ефективност и качеството на лъча, лазерите от твърдо състояние не са без своите предимства. Те имат мощни възможности за мащабиране на мощността и са много подходящи за приложения с висока мощност. Лазерите от твърдо състояние могат да бъдат проектирани да произвеждат невероятно високи нива на мощност чрез увеличаване на размера на средата за усилване и мощността на помпата, което не е толкова просто за лазерите на влакната поради ограниченията на размера на фибрите и разсейването на топлината.

1.4 Лазерите за стабилност имат висока стабилност. Тяхната структура на влакната е нечувствителна към промените в околната среда (като температура, влажност, вибрации и т.н.) и може да поддържа стабилни условия на труд в тежки среди. В същото време лазерите от влакна се считат за по-издръжливи и адаптивни към промените в околната среда, тъй като използват твърдо състояние и не съдържат оптични компоненти на свободно пространство. Лазерите в твърдо състояние имат сравнително лоша стабилност и промените в факторите на околната среда могат да окажат по-голямо влияние върху тяхното представяне.

1.5 Лазерите за разсейване на топлината имат отлични характеристики на разсейване на топлината. Неговата среда за усилване е оптично влакно, което има голямо съотношение на площта към обема на повърхността и обема, а топлината може да се разсее бързо, така че може да работи стабилно дълго време и може да издържи на висока мощност. Твърдощите лазери са сравнително трудни за разсейване на топлината и са предразположени към топлинни ефекти при работа при висока мощност, което влияе върху производителността и живота на лазера.

1.6 Размерите и разходите за поддръжка Фибрите лазери са много компактни и изискват почти никаква поддръжка. Малкият размер на влакното и отсъствието на външни огледала значително намаляват проблемите с подравняването, свързани с лазерите с твърдо състояние. В допълнение, отличните възможности за разсейване на топлина на влакното обикновено не изискват активно охлаждане, като допълнително намаляват изискванията за поддръжка. В същото време лазерите от влакна обикновено са по -безопасни за работа, тъй като лазерът е ограничен в рамките на влакното, намалявайки риска от случайно излагане. Изравняването на огледалата в лазерите с твърдо състояние е от решаващо значение за тяхната работа и изисква редовна проверка и корекция, което увеличава натоварването на поддръжката. В допълнение, лазерите от твърдо състояние обикновено изискват активно охлаждане, за да управляват топлината, генерирана в средата за усилване, което не само увеличава сложността на системата, но и увеличава изискванията за поддръжка. Лазерите от твърдо състояние са склонни да бъдат по-големи от лазерите от влакна. Необходимостта от големи огледала и външни огледала увеличава техния размер и тегло, ограничавайки тяхната приложимост в приложения с ограничено пространство.

2. Полета за приложение

Лазерите от влакна блестят в областта на промишленото рязане и заваряване със своята висока мощност, високо качество на лъча, добри показатели и стабилност на разсейването на топлината. Лазерите от влакна са особено подходящи за дебело рязане на плоча и заваряване на метални материали. Тяхната висока електрооптична ефективност на преобразуване и дизайн без приспособяване и без поддръжка значително намаляват разходите за употреба и трудността на поддръжката. В същото време високата толерантност на лазерите на влакната към тежки работни среди, като прах, вибрации, влажност и т.н., също ги кара да се представят добре в различни индустриални обекти. Непрекъснатите лазери имат висока степен на проникване в областта на макро обработката и постепенно заместват традиционните методи за обработка в тази област. Лазерите от твърдо състояние са уникални в областта на ултра прецизност и ултра-микро-микро обработка с тяхната висока пикова мощност, голяма импулсна енергия и лазерна мощност на къса вълна (като зелена светлина и ултравиолетова светлина). В процеси като маркиране на метални/неметални материали, рязане, пробиване и заваряване, лазерите от твърдо състояние могат да постигнат по-висока точност на обработка и по-широка приложимост на материалите. Особено при високо прецизно заваряване и леко лечение на 3D печат на неметални материали, лазерите от твърдо състояние са се превърнали в предпочитаното оборудване поради своите лазери с къса вълна с малки топлинни ефекти и висока точност на обработка. Лазерите с твърдо състояние се използват главно в полето на прецизно микро-обшиване на неметални материали и тънки, чупливи и други метални материали поради тяхната къса дължина на вълната (ултравиолетова, дълбока ултравиолетова), къса ширина на импулса (пикосекунда, фемтосекунда) и висока пикова мощност. В допълнение, твърдите лазери се използват широко в авангардни научни изследвания в областта на околната среда, медицината, военните и т.н.

3. Пазарен дял Моята страна е в процес на трансформация и модернизиране на производствената индустрия от производството от нисък клас до производството от висок клас. Производственото производство от нисък клас представлява висок дял. Пазарът на макро обработка обхваща както производството на нисък клас, така и някои от висок клас производство. Търсенето на пазара е голямо. Следователно пазарният капацитет на лазерите от влакна е сравнително голям. Вътрешните лазери с ниска мощност са силно локализирани и има много мащабни домашни производители. Според „Докладът за развитие на лазерната индустрия в Китай“, лазерите с ниска мощност са напълно заменени от домашни продукти; По отношение на непрекъснатите фибри за непрекъснати влакна, вътрешното качество няма очевидни недостатъци, предимството на цените е очевидно, а пазарният дял е съпоставим; По отношение на непрекъснатите влакна с висока мощност, домашните марки са постигнали частични продажби. Що се отнася до лазерите в твърдо състояние, поради късното развитие в Китай, понастоящем няма изброени компании с този продукт като основен бизнес и те обикновено купуват чуждестранни марки. Лазерите от влакна се използват главно в областта на макро обработката поради тяхната висока мощност на изхода (лазерната макро обработка обикновено се отнася до обработката на размера и формата на обработващия обект с влиянието на лазерния лъч върху нивото на милиметъра); Твърдите лазери се използват широко в областта на микро обработката поради техните предимства като къса дължина на вълната, тесна ширина на импулса и висока пикова мощност (микро обработката обикновено се отнася до обработката на размера и формата с прецизно достигане на микрометри или дори нанометри), което води до определени разлики между потребителите на твърди лазери и фибри лазери. По принцип солидните лазери и влакна лазери имат различни фокуси в своите полета за приложения и всяка има собствено поле за кандидатстване. Няма пряка конкуренция между двете в повечето области. В областта на обработката на метални материали, която се припокрива с полето на микро обработка, когато металът достигне определена дебелина, това поле обикновено приема традиционните методи или влакнести лазери поради причини за разходите. Твърдите лазери се използват само в сцени, където дебелината на метала е тънка или изискванията за обработка са високи и цената не е чувствителна. В допълнение, конкуренцията припокриване между двете е ниско. Твърдите лазери се използват главно за обработка на неметални материали (стъкло, керамика, пластмаси, полимери, опаковки, други чупливи материали и т.н.), а в полето на метални материали се използват в сцени с високи изисквания за точност и сравнително нечувствителни към разходите.