Fiber lazerler vs katı hal lazerler

Günümüzün lazer teknolojisinin hızlı gelişimi döneminde, katı hal lazerleri ve fiber lazerler, iki ana ana akım lazer ürünü olarak, her biri endüstriyel üretim, bilimsel araştırma ve askeri uygulamalar gibi birçok alanda benzersiz cazibelerini ve avantajlarını göstermiştir.

1. Teknik İlkeler ve Performans Farklılıkları

1.1 Orta Kazanma

Elyaf lazerler, kazanç ortamı olarak nadir toprak katkılı cam lifleri kullanır. Pompa ışığının etkisi altında, fiberde yüksek güç yoğunluğu oluşur, bu da rezonant boşluğunun pozitif geri besleme döngüsü yoluyla lazer enerji seviyesinin ve lazer salınımının popülasyonun tersine çevrilmesine neden olur. Fiber lazerler kompakttır ve karmaşık bir soğutma sistemi gerektirmez ve fiberin esnekliği onları çok boyutlu alan işleme uygulamalarında daha avantajlı hale getirir. Bir fiber lazerin çekirdeği optik bir fiber, esnek, saç ince bir cam veya plastik filamenttir ve uzun mesafelerde minimum kayıpla yönlendirme yeteneği ile bilinen plastik filamenttir. Fiber, lazerin aktif kazanç ortamı olarak işlev görür ve lazerin operasyonunun çekirdeğidir. Bununla birlikte, telekomünikasyonda kullanılan gebe olmayan cam veya plastik liflerin aksine, bir fiber lazerdeki optik fiber erbium veya ytterbium gibi nadir toprak elementleri ile katlanır. Bu doping, lazer çalışması için gereken enerji durumunu getirerek fiberin sadece ışığı yönlendirmesini değil, aynı zamanda yükseltmesini sağlar. Katı hal lazer (SSL), benzersiz kazanç ortamı, katı malzemesine odaklanır ve genellikle dört bölümden oluşur: kazanç orta, soğutma sistemi, optik rezonant boşluk ve pompa kaynağı. Ruby (Cr: al₂o₃) veya neodimyum katkılı Yttrium alüminyum garnet (ND: YAG) gibi kazanç ortamı, katı hal lazerin ruhudur. İçeride katkılı aktive edilmiş iyonlar (ND³⁺ gibi) pompa ışığı etkisi altında popülasyon inversiyonu elde eder, böylece lazer ışığı üretir. Soğutma sistemi, lazerin kararlı çalışmasını sağlamak için lazer üretimi nedeniyle kazanç ortamı içinde biriken ısıyı çıkarmaktan sorumludur. Optik rezonatör, fotonların pozitif geri beslemesi yoluyla sürekli salınımlar oluşturur ve oldukça monokromatik ve oldukça yönlü bir lazer ışını çıkarır.

1.2 Performans ve verimlilik fiber lazerleri, minimum kayıpla ışık tutabilen fiber optik kabloların doğası sayesinde mükemmel elektrik verimlilikleri ile bilinir. Bu özellik, fiber lazerleri inanılmaz derecede enerji verimli hale getirir ve genellikle%30'dan fazla verimlilik sağlar. Katı hal lazerleri, muhtemelen daha büyük kazanç ortamlarının daha yüksek kayıpları ve pompalama için yüksek yoğunluklu lambalara duyulan ihtiyaç nedeniyle genellikle daha az verimlidir.

1.3 Işın Kalitesi: Lazerlerin Hassas Uygulamalarda Etkinliğini Doğrudan Etkiliyor Fiber lazerlerin tek modlu çalışması, sıkı odaklama ve minimal ıraksama ile karakterize edilen inanılmaz derecede yüksek ışın kalitesi sağlayabilir. Katı hal lazerleri, yüksek kaliteli kirişler sağlayabilse de, özellikle daha yüksek güç seviyelerinde, fiber lazerlerin ışını kalitesine uymak zordur. Daha düşük verimliliğine ve ışın kalitesine rağmen, katı hal lazerleri avantajları yoktur. Güçlü güç ölçeklendirme özelliklerine sahiptirler ve yüksek güçlü uygulamalar için çok uygundurlar. Katı hal lazerler, kazanç ortamının boyutunu ve pompa gücünü artırarak inanılmaz derecede yüksek güç seviyeleri üretmek için tasarlanabilir;

1.4 Kararlılık fiber lazerler yüksek stabiliteye sahiptir. Fiber yapıları çevresel değişikliklere (sıcaklık, nem, titreşim vb.) Duyarsızdır ve zorlu ortamlarda stabil çalışma koşullarını koruyabilir. Aynı zamanda, fiber lazerler daha dayanıklı ve çevresel değişikliklere uyarlanabilir olarak kabul edilir, çünkü katı hal bir yapı kullanırlar ve serbest alan optik bileşenleri içermezler. Katı hal lazerleri nispeten zayıf stabiliteye sahiptir ve çevresel faktörlerdeki değişikliklerin performansları üzerinde daha büyük bir etkisi olabilir.

1.5 Isı dağılma fiber lazerleri mükemmel ısı yayma performansına sahiptir. Kazanç ortamı, geniş bir yüzey alanı / hacim oranına sahip optik fiberdir ve ısı hızlı bir şekilde dağılabilir, böylece uzun süre stabil bir şekilde çalışabilir ve yüksek güç çıkışına dayanabilir. Katı hal lazerlerinin ısıyı dağıtması nispeten zordur ve yüksek güçte çalışırken termal etkilere eğilimlidir ve lazerin performansını ve ömrünü etkiler.

1.6 Boyut ve Bakım Maliyetleri Fiber lazerler çok kompakttır ve neredeyse hiç bakım gerektirmez. Fiberin küçük boyutu ve dış aynaların olmaması, katı hal lazerlerle ilişkili hizalama problemlerini büyük ölçüde azaltır. Ek olarak, lifin mükemmel ısı dağılma yetenekleri genellikle aktif soğutma gerektirmez, bu da bakım gereksinimlerini daha da azaltır. Aynı zamanda, fiber lazerlerin çalışması genellikle daha güvenlidir, çünkü lazer fiber içinde sınırlıdır ve kazara maruz kalma riskini azaltır. Aynaların katı hal lazerlerdeki hizalanması, çalışmaları için kritik öneme sahiptir ve bakım iş yükünü artıran düzenli inceleme ve ayarlama gerektirir. Ek olarak, katı hal lazerler genellikle kazanç ortamında üretilen ısıyı yönetmek için aktif soğutma gerektirir, bu da sadece sistemin karmaşıklığını arttırmakla kalmaz, aynı zamanda bakım gereksinimlerini de artırır. Katı hal lazerler fiber lazerlerden daha büyük olma eğilimindedir. Büyük kazanç aynalarına ve harici aynalara duyulan ihtiyaç, boyutlarını ve ağırlıklarını arttırarak sınırlı alanla uygulamalarda uygulanabilirliklerini sınırlar.

2. Uygulama alanları

Fiber lazerler, yüksek güç, yüksek ışın kalitesi, iyi ısı yayılma performansı ve stabilitesi ile endüstriyel kesme ve kaynak alanında parlar. Fiber lazerler özellikle metal malzemelerin kalın plaka kesilmesi ve kaynağı için uygundur. Yüksek elektro-optik dönüşüm verimliliği ve ayarsız ve bakım içermeyen tasarımları, kullanım maliyetini ve bakım zorluğunu büyük ölçüde azaltır. Aynı zamanda, lif lazerlerinin toz, titreşim, nem vb. Gibi sert çalışma ortamlarına yüksek toleransı da çeşitli endüstriyel alanlarda iyi performans göstermelerini sağlar. Sürekli lazerler, makro işleme alanında yüksek derecede penetrasyona sahiptir ve bu alandaki geleneksel işleme yöntemlerinin yavaş yavaş yerini almıştır. Katı hal lazerler, yüksek pik güçleri, büyük nabız enerjisi ve kısa dalga boyu lazer çıkışları (yeşil ışık ve ultraviyole ışık gibi) ile ultra hassasiyet ve ultra mikro işleme alanında benzersizdir. Metal/metal olmayan malzeme işaretleme, kesme, delme ve kaynak gibi işlemlerde, katı hal lazerler daha yüksek işleme doğruluğu ve daha geniş malzeme uygulanabilirliği sağlayabilir. Özellikle yüksek hassasiyetli kaynak ve metalik olmayan malzemelerin hafifçe iyileştirme 3D baskısında, katı hal lazerleri, küçük termal etkileri ve yüksek işleme doğruluğuna sahip kısa dalga boyu lazerleri nedeniyle tercih edilen ekipman haline gelmiştir. Katı hal lazerler esas olarak metalik olmayan malzemelerin ve kısa dalga boyları (ultraviyole, derin ultraviyole), kısa nabız genişliği (pikosaniye, femtosecond) ve yüksek tepe gücünden dolayı ince, kırılgan ve diğer metal malzemelerin hassas mikro-işlenmesi alanında kullanılır. Buna ek olarak, katı hal lazerleri çevre, tıp, askeri vb. Alanlarında en son bilimsel araştırmalarda yaygın olarak kullanılmaktadır.

3. Ülkem pazar payı, üretim endüstrisinin düşük kaliteli üretimden üst düzey üretime kadar dönüşüm ve yükseltme sürecindedir. Düşük uçlu üretim yüksek oranda açıktır. Makro işleme pazarı hem düşük kaliteli üretimi hem de bazı üst düzey üretimi kapsamaktadır. Pazar talebi büyük. Bu nedenle, fiber lazerlerin pazar kapasitesi nispeten büyüktür. Yurtiçi düşük güçlü fiber lazerler oldukça lokalizedir ve birçok büyük ölçekli yerli üretici vardır. "Çin Lazer Endüstrisi Geliştirme Raporu" na göre, düşük güçlü fiber lazerler tamamen yerli ürünler aldı; Orta güç sürekli elyaf lazerleri açısından, iç kalitenin belirgin dezavantajları yoktur, fiyat avantajı açıktır ve pazar payı karşılaştırılabilir; Yüksek güçlü sürekli fiber lazerler açısından, yerli markalar kısmi satışlara ulaşmıştır. Katı hal lazerlerine gelince, Çin'deki geç gelişme nedeniyle, şu anda bu ürünü ana işleri olarak listelenen bir şirket yok ve genellikle yabancı markalar satın alıyorlar. Fiber lazerler esas olarak yüksek çıkış güçleri nedeniyle makro işleme alanında kullanılır (lazer makro işleme genellikle lazer ışınının milimetre seviyesi üzerindeki etkisi ile işleme nesnesinin boyutunun ve şeklinin işlenmesini ifade eder); Katı lazerler, kısa dalga boyu, dar darbe genişliği ve yüksek tepe gücü (mikro işleme, genellikle hassas ulaşan mikrometreler veya nanometreler) ile boyut ve şeklin işlenmesini ifade eder ve bu da katı lazer ve elyaf lazerlerin kullanıcıları arasındaki belirli farklılıklara neden olur. Genel olarak, katı lazerler ve fiber lazerler uygulama alanlarında farklı odaklara sahiptir ve her birinin kendi uygulama alanı vardır. Çoğu alanda ikisi arasında doğrudan bir rekabet yoktur. Metal malzeme işleme alanında, mikro işleme alanı ile örtüşen, metal belirli bir kalınlığa ulaştığında, bu alan genellikle maliyet nedenlerinden dolayı geleneksel yöntemleri veya fiber lazerleri benimser. Katı lazerler sadece metal kalınlığının ince olduğu veya işleme gereksinimlerinin yüksek olduğu ve maliyetin hassas olmadığı sahnelerde kullanılır. Buna ek olarak, ikisi arasındaki rekabet örtüşmesi düşüktür. Katı lazerler esas olarak metalik olmayan malzemelerin (cam, seramik, plastik, polimerler, ambalaj, diğer kırılgan malzemeler, vb.) İşlenmesi için kullanılır ve metal malzemeler alanında, yüksek hassasiyetli gereksinimlere sahip ve maliyete nispeten duyarsız sahnelerde kullanılırlar.