Na tecnologia de laser em rápida mudança de hoje, lasers de estado sólido e lasers de fibra como os dois produtos a laser convencionais, cada um em produção industrial, pesquisa científica, aplicações militares e outras áreas para mostrar o charme e as vantagens únicas.
Em primeiro lugar, o princípio técnico e as diferenças de desempenho
① Ganhe meio
O laser de fibra (laser de fibra) é usado como um meio de ganho de fibra de vidro dopado com elemento de terras raras. Sob a ação da luz da bomba, a alta densidade de potência é formada na fibra, resultando na reversão do número de partículas no nível de energia do laser e gerar oscilações a laser através do loop de feedback positivo da cavidade ressonante. Os lasers de fibra são compactos, não requerem sistemas de refrigeração complexos, e a flexibilidade da fibra o torna mais vantajoso em aplicações de processamento espacial multidimensional.
No coração de um laser de fibra está a fibra óptica, um filamento de vidro ou plástico flexível e fino de cabelo conhecido por sua capacidade de direcionar a luz em longas distâncias com perda mínima. Essa fibra atua como o meio de ganho ativo para o laser e é central para sua operação. No entanto, diferentemente das fibras de vidro ou plástico não doentes usadas em telecomunicações, as fibras em lasers de fibras são dopadas com elementos de terras raras, como erbio ou ytterbium. Esta doping apresenta os estados de energia necessários para o laser operar, permitindo que a fibra não apenas direta a luz direta, mas também amplie -a.
Os lasers de estado sólido (SSLs) estão centrados em seu meio de ganho exclusivo, um material sólido e geralmente consistem em quatro componentes principais: o meio de ganho, o sistema de refrigeração, a cavidade ressonante óptica e a fonte da bomba. O meio de ganho, como rubi (cr: al₂o₃) ou granada de alumínio yttrium-alumínio (ND: YAG), é a alma do laser de estado sólido, e os íons de ativação dopados dentro dele (por exemplo, nd³⁺) são usados para inverter o número de partículas na luz de bombeamento para gerar LAS LAS LAS. O sistema de refrigeração é responsável por remover o calor acumulado dentro do meio de ganho devido à geração do laser e garantir uma operação estável do laser. A cavidade do ressonador óptico cria uma oscilação contínua através do feedback positivo dos fótons para produzir um feixe de laser altamente monocromático e altamente direcional.
② Performance e eficiência
Os lasers de fibra são conhecidos por sua excelente eficiência elétrica, graças à natureza dos cabos de fibra óptica que conduzem luz com perda mínima. Esse recurso permite que os lasers de fibra sejam incrivelmente eficientes em termos de energia, muitas vezes alcançando eficiências superiores a 30%.
Os lasers de estado sólido são tipicamente menos eficientes, o que pode ser atribuído às perdas mais altas de seus meios de ganho mais volumosos e à necessidade de lâmpadas de alta intensidade para bombear.
Qualidade do feixe: afeta diretamente a eficácia do laser em aplicações de precisão.
A operação de modo único dos lasers de fibra fornece qualidade incrivelmente alta do feixe, caracterizada por foco rígido e divergência mínima.
Os lasers de estado sólido, embora capazes de fornecer vigas de alta qualidade, geralmente lutam para combinar com a qualidade do feixe de lasers de fibra, especialmente em níveis mais altos de potência.
Apesar de sua menor eficiência e qualidade do feixe, os lasers de estado sólido não ficam sem suas vantagens. Eles têm recursos robustos de escala de energia que os tornam adequados para aplicações de alta energia. Os lasers de estado sólido podem ser projetados para produzir níveis incrivelmente altos de potência, aumentando o tamanho do meio de ganho e a potência da bomba, o que não é tão simples para lasers de fibra devido ao tamanho da fibra e limitações de dissipação de calor.
④ Estabilidade
Os lasers de fibra são altamente estáveis. Sua estrutura de fibra é insensível às mudanças no ambiente (por exemplo, temperatura, umidade, vibração etc.) e é capaz de manter uma condição de trabalho estável em ambientes mais severos. Ao mesmo tempo, os lasers de fibra são considerados mais duráveis e adaptáveis às mudanças ambientais porque possuem uma estrutura de estado sólido e não contêm componentes ópticos de espaço livre.
Os lasers de estado sólido são relativamente instáveis e as mudanças nos fatores ambientais podem ter um impacto maior em seu desempenho.
⑤ Desempenho de dissipação de calor
Os lasers de fibra têm excelente desempenho de dissipação de calor. Seu meio de ganho é a fibra óptica, que possui uma grande área de superfície para volume, e o calor pode ser emitido rapidamente, para que possa funcionar de forma estável por um longo tempo e suportar alta potência.
Os lasers de estado sólido são relativamente difíceis de dissipar o calor e são propensos a problemas de efeito térmico durante a operação de alta potência, afetando o desempenho e a vida útil do laser.
"Custos de tamanho e manutenção
Os lasers de fibra são muito compactos e requerem pouca manutenção. O pequeno tamanho da fibra e a ausência de espelhos externos reduzem bastante os problemas de alinhamento associados a lasers de estado sólido. Além disso, a excelente capacidade da fibra de dissipar o calor geralmente elimina a necessidade de resfriamento ativo, reduzindo ainda mais os requisitos de manutenção. Além disso, os lasers de fibra geralmente são mais seguros para operar porque o laser está confinado na fibra, reduzindo o risco de exposição acidental.
O alinhamento dos espelhos em lasers de estado sólido é fundamental para sua operação e requer verificação e ajuste periódicos, o que aumenta os esforços de manutenção. Além disso, os lasers de estado sólido normalmente requerem resfriamento ativo para gerenciar o calor gerado no meio de ganho, o que não apenas aumenta a complexidade do sistema, mas também aumenta os requisitos de manutenção. Os lasers de estado sólido tendem a ser maiores que os lasers de fibra. A necessidade de espelhos intermediários e externos de grande ganho aumenta seu tamanho e peso, limitando sua adequação a aplicações com restrição de espaço.
Em segundo lugar, áreas de aplicação
Os lasers de fibra brilham no campo de corte e soldagem industrial com sua alta potência, alta qualidade do feixe, boa dissipação de calor e estabilidade. Os lasers de fibra são especialmente adequados para corte e soldagem de placas espessas de materiais metálicos, e sua alta eficiência de conversão eletro-óptica e design livre de ajuste, sem manutenção, reduz bastante o custo de uso e as dificuldades de manutenção. Ao mesmo tempo, a alta tolerância do laser de fibra para ambientes de trabalho severos, como poeira, vibração, umidade etc., também faz com que ela tenha um bom desempenho em todos os tipos de locais industriais. Os lasers contínuos têm um alto grau de penetração no campo de macro-processamento, onde substituíram gradualmente os métodos de processamento tradicionais.
Os lasers de estado sólido são únicos no campo do processamento ultra-precisão e ultra-micro, com sua alta potência de pico, energia de pulso grande e saída de laser de comprimento de onda curto (por exemplo, verde, UV). Em processos como marcação, corte, perfuração e soldagem de materiais metálicos/não metálicos, os lasers de estado sólido são capazes de obter maior precisão de processamento e aplicabilidade de material mais amplo. Especialmente na soldagem de alta precisão de materiais não metálicos e impressão 3D de cura leve, os lasers de estado sólido tornaram-se o equipamento de escolha em virtude de seus lasers de comprimento de onda curto com pequenos efeitos térmicos e alta precisão de processamento. Os lasers de estado sólido são utilizados principalmente no campo da micro-racha de precisão de materiais não metálicos e materiais finos, quebradiços e outros materiais metálicos em virtude de seus comprimentos de onda curtos (ultravioleta, ultravioleta profundo), larguras de pulso curtas (picossegundos, femtoseconds) e alto pico. Além disso, os lasers de estado sólido são amplamente utilizados em pesquisas científicas de ponta em campos ambientais, médicos e militares.
Em terceiro lugar, participação de mercado
A China está no processo de transformação e atualização da indústria de manufatura, da fabricação de baixo custo para a fabricação de ponta, a proporção de fabricação baixa é alta e o mercado de processamento de macro abrange a fabricação baixa e a fabricação de alta qualidade, e a demanda do mercado é grande, portanto, a capacidade de mercado de lasers de fibra é grande.
O grau de localização a laser de fibra de baixa e baixa potência é alto, fabricantes de produção de escala doméstica. De acordo com o "Relatório de Desenvolvimento da Indústria de Laser da China", mostra que o laser de fibra de baixa potência realizou totalmente a substituição doméstica; Laser de fibra contínua de potência de média, a qualidade doméstica e sua desvantagem não óbvia, a vantagem de preço é óbvia, a participação de mercado é equivalente; A laser de fibra contínua de alta potência, as marcas domésticas alcançaram algumas vendas.
Quanto aos lasers de estado sólido, devido ao desenvolvimento tardio do doméstico, não há empresas listadas com este produto como os principais negócios, geralmente compram marcas estrangeiras.
Os lasers de fibra são usados principalmente no campo do macro-processamento em virtude de sua alta potência de saída (o macro-processamento a laser geralmente se refere ao processamento de dimensões e formas em que o feixe de laser afeta o objeto de processamento na faixa de milímetros); Os lasers de estado sólido são amplamente utilizados no campo de microprocessamento (o microprocessamento geralmente se refere ao processamento de dimensões e formas em que a precisão atinge o micrômetro ou mesmo o nível de nanômetro) em virtude de seus comprimentos de onda curtos, largura de pulso estreita, alto pico e outras vantagens dos usuários de lass de estados sólidos e lass de fibra de estados.
De um modo geral, lasers sólidos e lasers de fibra têm suas próprias áreas de aplicação. Os dois não têm concorrência direta na maioria dos campos, no campo da sobreposição de micro-racha no campo do processamento de materiais metálicos, no metal até uma certa espessura do caso devido a razões de custo que o campo geralmente usa a maneira tradicional ou os lasers de fibra, apenas na espessura de metal da fina ou do processamento dos requisitos da cena não é sensível ao custo do sólido dos usuários dos solidários dos finos ou do processamento dos requisitos da cena. Além disso, o grau de concorrência entre os dois sobrepostos é baixo, os lasers de estado sólido são usados principalmente no processamento de materiais não metálicos (vidro, cerâmica, plástico, polímeros, embalagens, outros materiais quebradiços, etc.) e, no campo de materiais metálicos, são usados nos cenários que requerem alta precisão e são relativamente insensíveis ao custo.
