لیزرهای فیبر در مقابل لیزرهای حالت جامد

در دوران توسعه سریع فناوری لیزر ، لیزرهای حالت جامد و لیزرهای فیبر ، به عنوان دو محصول اصلی لیزر اصلی ، هر یک جذابیت و مزایای منحصر به فرد خود را در بسیاری از زمینه ها مانند تولید صنعتی ، تحقیقات علمی و کاربردهای نظامی نشان داده اند.

1. اصول فنی و تفاوت های عملکرد

1.1 متوسط ​​به دست آوردن

لیزرهای فیبر از الیاف شیشه ای نادر زمین به عنوان رسانه استفاده می کنند. تحت عمل نور پمپ ، چگالی قدرت بالا در فیبر شکل می گیرد و در نتیجه وارونگی جمعیت از سطح انرژی لیزر و نوسان لیزر از طریق حلقه بازخورد مثبت حفره رزونانس ایجاد می شود. لیزرهای فیبر جمع و جور هستند و به یک سیستم خنک کننده پیچیده احتیاج ندارند و انعطاف پذیری فیبر باعث می شود آنها در برنامه های پردازش فضایی چند بعدی سودمندتر شوند. هسته لیزر فیبر یک فیبر نوری است ، یک لیوان قابل انعطاف ، موی نازک یا پلاستیکی که به دلیل توانایی آن در هدایت نور در مسافت های طولانی با حداقل از بین رفتن شناخته شده است. این فیبر به عنوان محیط افزایش فعال لیزر عمل می کند و هسته اصلی عملکرد لیزر است. با این حال ، برخلاف الیاف شیشه ای یا پلاستیکی مورد استفاده در ارتباطات از راه دور ، فیبر نوری در یک لیزر فیبر با عناصر خاکی نادر مانند Erbium یا Ytterbium دوپ شده است. این دوپینگ وضعیت انرژی مورد نیاز برای عملکرد لیزر را معرفی می کند و به فیبر این امکان را می دهد که نه تنها نور را راهنمایی کند بلکه آن را تقویت کند. لیزر حالت جامد (SSL) بر روی مواد جامد ، مواد جامد منحصر به فرد خود متمرکز است و معمولاً از چهار قسمت تشکیل شده است: به دست آوردن متوسط ​​، سیستم خنک کننده ، حفره رزونانس نوری و منبع پمپ. رسانه افزایش ، مانند Ruby (Cr: Al₂o₃) یا گارنت آلومینیوم Yttrium دوپ شده Neodymium (ND: YAG) ، روح لیزر حالت جامد است. یونهای فعال (مانند Nd³⁺) که در داخل آن قرار دارند ، تحت عمل نور پمپ به وارونگی جمعیت می رسند و از این طریق نور لیزر ایجاد می کنند. سیستم خنک کننده وظیفه از بین بردن گرمای انباشته شده در داخل محیط افزایش را به دلیل تولید لیزر برای اطمینان از عملکرد پایدار لیزر دارد. تشدید کننده نوری نوسانات مداوم را از طریق بازخورد مثبت از فوتون ها تشکیل می دهد و یک پرتو لیزر بسیار تک رنگ و بسیار جهت دار را تولید می کند.

1.2 لیزرهای فیبر عملکرد و کارآیی به دلیل ماهیت کابل های فیبر نوری ، که می توانند با حداقل از دست دادن ، نور را انجام دهند ، به دلیل راندمان الکتریکی عالی خود شناخته شده اند. این ویژگی باعث می شود که لیزرهای فیبر فوق العاده انرژی کارآمد باشند و اغلب به کارآیی بیش از 30 ٪ برسند. لیزرهای حالت جامد به طور کلی کارآمدتر هستند ، احتمالاً به دلیل تلفات بیشتر رسانه های افزایش بزرگتر و نیاز به لامپ های با شدت بالا برای پمپاژ.

1.3 کیفیت پرتو: مستقیماً بر اثربخشی لیزرها در کاربردهای دقیق تأثیر می گذارد ، عملکرد تک حالته لیزرهای فیبر می تواند کیفیت پرتو فوق العاده بالایی را ارائه دهد ، که با تمرکز محکم و واگرایی حداقل مشخص می شود. لیزرهای حالت جامد ، در حالی که قادر به ارائه پرتوهای با کیفیت بالا هستند ، مطابقت با کیفیت پرتو لیزرهای فیبر ، به ویژه در سطح قدرت بالاتر ، اغلب دشوار است. با وجود راندمان پایین تر و کیفیت پرتو ، لیزرهای حالت جامد بدون مزایای آنها نیستند. آنها از قابلیت مقیاس گذاری قدرت قدرتمند برخوردار هستند و برای برنامه های پرقدرت مناسب هستند. لیزرهای حالت جامد می توانند با افزایش اندازه متوسط ​​افزایش و قدرت پمپ ، سطح فوق العاده بالایی را ایجاد کنند که به دلیل محدودیت اندازه فیبر و اتلاف گرما برای لیزرهای فیبر چندان ساده نیست.

1.4 لیزرهای فیبر پایداری دارای ثبات بالایی هستند. ساختار فیبر آنها نسبت به تغییرات محیطی (مانند دما ، رطوبت ، لرزش و غیره) حساس نیست و می تواند شرایط کار پایدار را در محیط های سخت حفظ کند. در عین حال ، لیزرهای فیبر با دوام تر و سازگار با تغییرات محیطی در نظر گرفته می شوند زیرا از یک ساختار حالت جامد استفاده می کنند و حاوی اجزای نوری فضای آزاد نیستند. لیزرهای حالت جامد ثبات نسبتاً ضعیفی دارند و تغییر در عوامل محیطی ممکن است تأثیر بیشتری در عملکرد آنها داشته باشد.

1.5 لیزرهای فیبر اتلاف گرما عملکرد اتلاف گرما عالی دارند. محیط افزایش آن فیبر نوری است که دارای نسبت سطح بزرگی به حجم است و گرما می تواند به سرعت از بین برود ، بنابراین می تواند برای مدت طولانی پایدار کار کند و می تواند در برابر توان بالا مقاومت کند. لیزرهای حالت جامد برای از بین بردن گرما نسبتاً دشوار هستند و هنگام کار با قدرت بالا مستعد ابتلا به اثرات حرارتی هستند و بر عملکرد و عمر لیزر تأثیر می گذارند.

1.6 اندازه و هزینه نگهداری لیزرهای فیبر بسیار جمع و جور هستند و تقریباً نیازی به نگهداری ندارند. اندازه کوچک فیبر و عدم وجود آینه های خارجی مشکلات تراز مرتبط با لیزرهای حالت جامد را به شدت کاهش می دهد. علاوه بر این ، قابلیت اتلاف گرمای عالی فیبر معمولاً نیازی به خنک کننده فعال ندارد و نیازهای نگهداری را بیشتر می کند. در عین حال ، لیزرهای فیبر به طور کلی ایمن تر هستند زیرا لیزر در فیبر محدود می شود و خطر قرار گرفتن در معرض تصادفی را کاهش می دهد. تراز آینه ها در لیزرهای حالت جامد برای عملکرد آنها بسیار مهم است و نیاز به بازرسی و تنظیم منظم دارد که باعث افزایش بار کار نگهداری می شود. علاوه بر این ، لیزرهای حالت جامد معمولاً برای مدیریت گرمای تولید شده در محیط افزایش ، نیاز به خنک کننده فعال دارند ، که نه تنها پیچیدگی سیستم را افزایش می دهد بلکه نیازهای نگهداری را نیز افزایش می دهد. لیزرهای حالت جامد نسبت به لیزرهای فیبر بزرگتر هستند. نیاز به آینه های بزرگ سود و آینه های خارجی اندازه و وزن آنها را افزایش می دهد و کاربرد آنها در برنامه های دارای فضای محدود را محدود می کند.

2. زمینه های برنامه

لیزرهای فیبر در زمینه برش صنعتی و جوشکاری با قدرت بالا ، کیفیت پرتوهای بالا ، عملکرد اتلاف گرما خوب و ثبات می درخشند. لیزرهای فیبر مخصوصاً برای برش صفحه ضخیم و جوشکاری مواد فلزی مناسب هستند. راندمان تبدیل الکترو نوری بالا و طراحی بدون تنظیم و بدون تعمیر و نگهداری ، هزینه استفاده و دشواری نگهداری را به میزان زیادی کاهش می دهد. در عین حال ، تحمل زیاد لیزرهای فیبر به محیط های کار سخت مانند گرد و غبار ، لرزش ، رطوبت و غیره ، همچنین باعث می شود که آنها در مکانهای مختلف صنعتی عملکرد خوبی داشته باشند. لیزرهای مداوم دارای درجه نفوذ بالایی در زمینه پردازش کلان هستند و به تدریج روشهای پردازش سنتی را در این زمینه جایگزین کرده اند. لیزرهای حالت جامد در زمینه پردازش فوق العاده دقیق و فوق العاده میکرو با قدرت اوج بالا ، انرژی پالس بزرگ و خروجی لیزر با طول موج کوتاه (مانند نور سبز و نور ماوراء بنفش) بی نظیر هستند. در فرآیندی مانند علامت گذاری به مواد فلزی/غیر فلزی ، برش ، حفاری و جوشکاری ، لیزرهای حالت جامد می توانند به دقت پردازش بالاتر و کاربرد گسترده تر مواد دست یابند. به خصوص در جوشکاری با دقت بالا و چاپ سه بعدی مواد غیر فلزی ، لیزرهای حالت جامد به دلیل لیزرهای طول موج کوتاه خود با اثرات حرارتی کوچک و دقت پردازش بالا به تجهیزات ترجیحی تبدیل شده اند. لیزرهای حالت جامد عمدتاً در زمینه میکرو ماشینی دقیق مواد غیر فلزی و مواد فلزی نازک ، شکننده و سایر مواد فلزی به دلیل طول موج کوتاه (ماوراء بنفش ، ماوراء بنفش عمیق) ، عرض پالس کوتاه (پیکوس ثانیه ، فموتوس ثانیه) و قدرت اوج بالا استفاده می شود. علاوه بر این ، لیزرهای حالت جامد به طور گسترده ای در تحقیقات علمی برش در زمینه های محیط زیست ، پزشکی ، نظامی و غیره مورد استفاده قرار می گیرند.

3. سهم بازار من کشور من در حال تحول و به روزرسانی صنعت تولید از تولید کم مصرف به تولید سطح بالا است. تولید کم مصرف نسبت بالایی را به خود اختصاص می دهد. بازار ماکرو پردازش هم تولید کم مصرف و هم از تولید سطح بالا را در بر می گیرد. تقاضای بازار زیاد است. بنابراین ، ظرفیت بازار لیزرهای فیبر نسبتاً زیاد است. لیزرهای فیبر کم مصرف داخلی بسیار بومی سازی شده اند و بسیاری از تولید کنندگان داخلی در مقیاس بزرگ وجود دارند. براساس "گزارش توسعه صنعت لیزر چین" ، لیزرهای فیبر کم مصرف کاملاً جایگزین محصولات داخلی شده اند. از نظر لیزرهای فیبر مداوم با قدرت متوسط ​​، کیفیت داخلی هیچگونه مضرات آشکاری ندارد ، مزیت قیمت آشکار است و سهم بازار قابل مقایسه است. از نظر لیزرهای فیبر مداوم با قدرت بالا ، مارک های داخلی به فروش جزئی رسیده اند. در مورد لیزرهای حالت جامد ، به دلیل توسعه دیررس در چین ، در حال حاضر هیچ شرکت ذکر شده ای با این محصول به عنوان تجارت اصلی آنها وجود ندارد و آنها به طور کلی مارک های خارجی را خریداری می کنند. لیزرهای فیبر عمدتاً به دلیل قدرت خروجی بالای آنها در زمینه پردازش کلان مورد استفاده قرار می گیرند (پردازش کلان لیزر به طور کلی به پردازش اندازه و شکل شیء پردازش با تأثیر پرتو لیزر در سطح میلی متر اشاره دارد). لیزرهای جامد به دلیل مزایای آنها از جمله طول موج کوتاه ، عرض پالس باریک و قدرت اوج بالا به طور گسترده در زمینه پردازش میکرو مورد استفاده قرار می گیرند (پردازش میکرو به طور کلی به پردازش اندازه و شکل با میکرومتر یا حتی نانومترها) اشاره دارد و در نتیجه تفاوت های خاصی بین کاربران لیزرهای جامد و لیزرهای فیبر وجود دارد. به طور کلی ، لیزرهای جامد و لیزرهای فیبر تمرکز های مختلفی در زمینه های کاربردی خود دارند و هرکدام زمینه کاربرد خود را دارند. در اکثر زمینه ها هیچ رقابت مستقیمی بین این دو وجود ندارد. در زمینه پردازش مواد فلزی که با میدان پردازش میکرو همپوشانی دارد ، هنگامی که فلز به ضخامت خاصی می رسد ، این زمینه به طور کلی روش های سنتی یا لیزرهای فیبر را به دلایل هزینه اتخاذ می کند. از لیزرهای جامد فقط در صحنه هایی استفاده می شود که ضخامت فلز نازک است یا نیازهای پردازش زیاد است و هزینه آن حساس نیست. علاوه بر این ، همپوشانی رقابت بین این دو کم است. لیزرهای جامد عمدتاً برای پردازش مواد غیر فلزی (شیشه ، سرامیک ، پلاستیک ، پلیمرها ، بسته بندی ها ، سایر مواد شکننده و غیره) مورد استفاده قرار می گیرند و در زمینه مواد فلزی از آنها در صحنه هایی با نیازهای دقیق و نسبتاً غیر حساس به هزینه استفاده می شود.