Faserlaser gegen Festkörperlaser

In der heutigen Ära der schnellen Entwicklung der Lasertechnologie haben Festkörperlaser und Faserlaser, wie die beiden Haupt-Mainstream-Laserprodukte, jeweils ihren einzigartigen Charme und Vorteilen in vielen Bereichen wie Industrieproduktion, wissenschaftlicher Forschung und militärischen Anwendungen demonstriert.

1. Technische Prinzipien und Leistungsunterschiede

1.1 Medium gewinnen

Faserlaser verwenden Glassfasern mit seltenen erd dotierten Medien. Unter der Wirkung von Pumpenlicht wird in der Faser eine hohe Leistungsdichte gebildet, was zu einer Populationsinversion des Laserergiespiegels und der Laserschwingung durch die positive Rückkopplungsschleife der Resonanzhöhle führt. Faserlaser sind kompakt und benötigen kein komplexes Kühlsystem, und die Flexibilität der Faser macht sie bei mehrdimensionalen Raumverarbeitungsanwendungen vorteilhafter. Der Kern eines Faserlasers ist eine optische Faser, ein flexibles, haardünnes Glas- oder Kunststofffilament, das für seine Fähigkeit bekannt ist, Licht über große Entfernungen mit minimalem Verlust zu führen. Die Faser fungiert als aktives Gewinnmedium des Lasers und ist der Kern des Laserbetriebs. Im Gegensatz zu den in der Telekommunikation verwendeten ungetöteten Glas- oder Plastikfasern wird die optische Faser in einem Faserlaser mit Seltenerdelementen wie Erbium oder Ytterbium dotiert. Diese Doping führt den für den Laserbetrieb erforderlichen Energiezustand ein, sodass die Faser nicht nur Licht leitet, sondern auch verstärkt. Solid-State-Laser (SSL) liegt auf seinem einzigartigen Gewinn mittelgroß, festem Material und besteht normalerweise aus vier Teilen: Gewinnmedium, Kühlsystem, optischer Resonanzhöhle und Pumpequelle. Das Gewinnmedium wie Ruby (Cr: Al₂o₃) oder Neodym-dotiertes Yttrium-Aluminium-Granat (ND: YAG) ist die Seele des Festkörperlasers. Die aktivierten Ionen (wie nd³⁺) dotierten in der IT -Dotierung unter der Wirkung von Pumpenlicht, wodurch Laserlicht erzeugt wird. Das Kühlsystem ist für die Entfernung der im Verstärkungsmedium angesammelten Wärme aufgrund der Lasererzeugung verantwortlich, um einen stabilen Betrieb des Lasers zu gewährleisten. Der optische Resonator bildet durch positive Rückkopplung von Photonen kontinuierliche Schwingungen und gibt einen hochmonochromatischen und hochrichtungsalen Laserstrahl aus.

1.2 Leistung und Effizienzfaserlaser sind aufgrund der Art von Glasfaserkabeln für ihre hervorragende elektrische Effizienz bekannt, die Licht mit minimalem Verlust durchführen kann. Diese Funktion macht Faserlaser unglaublich energieeffizient und erzielt häufig Effizienz von mehr als 30%. Festkörperlaser sind im Allgemeinen weniger effizient, wahrscheinlich aufgrund der höheren Verluste ihrer größeren Gewinnmedien und der Notwendigkeit von Lampen mit hoher Intensität für das Pumpen.

1.3 Strahlqualität: Direkt beeinflusst die Effektivität von Lasern in Präzisionsanwendungen Einzelmodenbetrieb von Faserlasern können eine unglaublich hohe Balkenqualität liefern, die durch enge Fokussierung und minimale Divergenz gekennzeichnet ist. Festkörperlaser, die in der Lage sind, qualitativ hochwertige Strahlen bereitzustellen, sind jedoch häufig schwierig, die Strahlqualität von Faserlasern zu entsprechen, insbesondere bei höheren Leistungsniveaus. Trotz ihrer geringeren Effizienz und Strahlqualität sind Festkörperlaser nicht ohne ihre Vorteile. Sie verfügen über leistungsstarke Leistungsskalierungsfähigkeiten und eignen sich gut für Hochleistungsanwendungen. Festkörperlaser können so ausgelegt sein, dass sie unglaublich hohe Stromniveaus erzeugen, indem die Größe des Verstärkungsmediums und der Pumpenleistung erhöht wird.

1.4 Stabilitätsfaserlaser haben eine hohe Stabilität. Ihre Faserstruktur ist unempfindlich gegenüber Umweltveränderungen (wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Vibration usw.) und kann in harten Umgebungen stabile Arbeitsbedingungen aufrechterhalten. Gleichzeitig werden Faserlaser als haltbarer und anpassungsfähiger an Umweltveränderungen angesehen, da sie eine Festkörperstruktur verwenden und keine optischen freien Komponenten enthalten. Festkörperlaser haben eine relativ schlechte Stabilität, und Änderungen der Umweltfaktoren können einen größeren Einfluss auf ihre Leistung haben.

1,5 Wärmeableitungen Faserlaser haben eine ausgezeichnete Leistung der Wärmeableitung. Sein Gewinnmedium ist eine optische Faser, die ein großes Verhältnis von Oberfläche zu Volumen aufweist, und Wärme kann schnell abgelöst werden, sodass es für lange Zeit stabil funktionieren kann und einer hohen Leistung standhalten kann. Festkörperlaser sind relativ schwierig, die Wärme abzuleiten, und sind anfällig für thermische Effekte, wenn sie bei hoher Leistung arbeiten, was die Leistung und das Leben des Lasers beeinflusst.

1.6 Größe und Wartungskosten Faserlaser sind sehr kompakt und erfordern fast keine Wartung. Die geringe Größe der Faser und das Fehlen von externen Spiegeln verringern die mit Festkörperlasern verbundenen Ausrichtungsprobleme erheblich. Darüber hinaus erfordern die exzellenten Wärmeableitungsfähigkeiten der Faser normalerweise keine aktive Kühlung, wodurch die Wartungsanforderungen weiter reduziert werden. Gleichzeitig sind Faserlaser im Allgemeinen sicherer zu betreiben, da der Laser in der Faser beschränkt ist, was das Risiko einer versehentlichen Exposition verringert. Die Ausrichtung von Spiegeln in Festkörperlasern ist für ihren Betrieb von entscheidender Bedeutung und erfordert regelmäßige Inspektion und Anpassung, wodurch die Wartungs-Arbeitsbelastung erhöht wird. Darüber hinaus benötigen Festkörperlaser normalerweise eine aktive Kühlung, um die im Verstärkungsmedium erzeugte Wärme zu verwalten, was nicht nur die Komplexität des Systems erhöht, sondern auch die Wartungsanforderungen erhöht. Festkörperlaser sind in der Regel größer als Faserlaser. Der Bedarf an großen Gewinnspiegeln und externen Spiegeln erhöht ihre Größe und ihr Gewicht und begrenzt ihre Anwendbarkeit in Anwendungen mit begrenztem Raum.

2. Anwendungsfelder

Faserlaser leuchten im Bereich des industriellen Schneidens und Schweißens mit hoher Leistung, hoher Strahlqualität, Leistung der guten Wärmeableitungen und Stabilität. Faserlaser eignen sich besonders für dickes Plattenschnitt und Schweißen von Metallmaterialien. Ihre hohe elektrooptische Umwandlungseffizienz sowie ein einstellfreies und wartungsfreies Design senken die Nutzungskosten und die Schwierigkeit der Wartung erheblich. Gleichzeitig macht die hohe Toleranz von Faserlasern gegenüber harten Arbeitsumgebungen wie Staub, Vibration, Luftfeuchtigkeit usw. auch in verschiedenen Industrieorten eine gute Leistung. Kontinuierliche Laser haben ein hohes Maß an Penetration im Bereich der Makroverarbeitung und haben in diesem Bereich allmählich herkömmliche Verarbeitungsmethoden ersetzt. Festkörperlaser sind auf dem Gebiet der ultra-Präzision und der ultra-Mikroverarbeitung mit hoher Spitzenleistung, großer Impulsenergie und Kurzwellenlaser-Laserausgang (wie grünes Licht und ultraviolettes Licht) einzigartig. Bei Prozessen wie Metall-/Nicht-Metallmaterialmarkierung, Schneiden, Bohren und Schweißen können Festkörperlaser eine höhere Verarbeitungsgenauigkeit und eine breitere Materialanwendbarkeit erzielen. Insbesondere bei hochpräzisen Schweißen und leichter 3D-Druck von nichtmetallischen Materialien sind Festkörperlaser aufgrund ihrer kurzwelligen Laser mit kleinen thermischen Effekten und hoher Verarbeitungsgenauigkeit zum bevorzugten Gerät geworden. Festkörperlaser werden hauptsächlich auf dem Gebiet der Präzisionsmikromaschinierung von nicht-metallischen Materialien und dünnen, spröden und anderen Metallmaterialien verwendet, da ihre kurze Wellenlänge (Ultraviolett, tiefes Ultraviolett), eine kurze Pulsbreite (Pikosekunden, Femtosekunden) und hohe Spitzenleistung. Darüber hinaus werden Festkörperlaser in der modernen wissenschaftlichen Forschung in den Bereichen Umwelt, Medizin, Militär usw. häufig eingesetzt.

3. Market Share Mein Land ist im Prozess der Transformation und Moderatorin der Fertigungsindustrie von niedriger Fertigung bis zur High-End-Fertigung. Low-End-Herstellung macht einen hohen Anteil aus. Der Makroverarbeitungsmarkt deckt sowohl eine niedrige Fertigung als auch einige High-End-Fertigung ab. Die Marktnachfrage ist groß. Daher ist die Marktkapazität von Faserlasern relativ groß. Die inländischen Faserlaser mit geringer Leistung sind stark lokalisiert, und es gibt viele groß angelegte Haushaltshersteller. Laut dem "China Laser Industry Development Report" wurden Faserlaser mit geringer Leistung vollständig durch inländische Produkte ersetzt. In Bezug auf kontinuierliche Faserlaser mit mittlerer Leistung hat die inländische Qualität keine offensichtlichen Nachteile, der Preisvorteil ist offensichtlich und der Marktanteil ist vergleichbar. In Bezug auf Hochleistungs-kontinuierliche Faserlaser haben inländische Marken teilweise Umsätze erzielt. In Bezug auf Solid-State-Laser gibt es aufgrund der verspäteten Entwicklung in China derzeit keine börsennotierten Unternehmen mit diesem Produkt als Hauptgeschäft, und sie kaufen im Allgemeinen ausländische Marken. Faserlaser werden hauptsächlich im Bereich der Makroverarbeitung aufgrund ihrer hohen Ausgangsleistung verwendet (Laser -Makroverarbeitung bezieht sich im Allgemeinen auf die Verarbeitung der Größe und Form des Verarbeitungsobjekts mit dem Einfluss des Laserstrahls auf die Millimeterebene). Feste Laser werden aufgrund ihrer Vorteile wie kurzer Wellenlänge, schmaler Impulsbreite und hoher Spitzenleistung (Mikroverarbeitung im Allgemeinen auf die Verarbeitung von Größe und Form mit Präzision erreicht Mikrometer oder sogar Nanometer zurück, was zu bestimmten Unterschieden zwischen den Nutzern solider Laser und Frequenzlasern führt. Im Allgemeinen haben solide Laser und Faserlaser unterschiedliche Fokussierungen in ihren Anwendungsfeldern und jeweils ein eigenes Anwendungsfeld. In den meisten Bereichen gibt es keinen direkten Wettbewerb zwischen den beiden. Auf dem Gebiet der Metallmaterialverarbeitung, die sich mit dem Feld der Mikroverarbeitung überlappt, verwendet dieses Feld, wenn das Metall eine bestimmte Dicke erreicht, aus Kostengründen im Allgemeinen herkömmliche Methoden oder Faserlaser. Feste Laser werden nur in Szenen verwendet, in denen die Metalldicke dünn ist oder die Verarbeitungsanforderungen hoch sind und die Kosten nicht empfindlich sind. Darüber hinaus ist die Konkurrenz zwischen den beiden niedrig. Feste Laser werden hauptsächlich für die Verarbeitung von nichtmetallischen Materialien (Glas, Keramik, Kunststoff, Polymere, Verpackungen, andere spröde Materialien usw.) und im Bereich der Metallmaterialien verwendet. Sie werden in Szenen mit hohen Präzisionsanforderungen und relativ unempfindlich gegenüber den Kosten verwendet.