Laser a fibre vs laser a stato solido

Nell'era odierna del rapido sviluppo della tecnologia laser, i laser a stato solido e i laser in fibra, in quanto i due principali prodotti laser tradizionali, hanno dimostrato ciascuno il loro fascino e vantaggi unici in molti campi come la produzione industriale, la ricerca scientifica e le applicazioni militari.

1. Principi tecnici e differenze di prestazione

1.1 Guadagna medio

I laser in fibra usano le fibre di vetro drogate rare come media. Sotto l'azione della luce della pompa, si forma un'elevata densità di potenza nella fibra, con conseguente inversione della popolazione del livello di energia laser e oscillazione laser attraverso il circuito di feedback positivo della cavità risonante. I laser in fibra sono compatti e non richiedono un sistema di raffreddamento complesso e la flessibilità della fibra li rende più vantaggiosi nelle applicazioni di elaborazione dello spazio multidimensionale. Il nucleo di un laser in fibra è una fibra ottica, un filamento flessibile in vetro o plastica con sola con capelli noto per la sua capacità di guidare la luce su lunghe distanze con una perdita minima. La fibra funge da mezzo di guadagno attivo del laser ed è il nucleo dell'operazione del laser. Tuttavia, a differenza delle fibre di vetro o plastica non oppiate utilizzate nelle telecomunicazioni, la fibra ottica in un laser a fibra è drogata con elementi della terra rara come erbio o itterbio. Questo doping introduce lo stato energetico richiesto per il funzionamento laser, consentendo alla fibra non solo di guidare la luce, ma anche di amplificarla. Il laser a stato solido (SSL) è centrato sul suo mezzo di guadagno unico, materiale solido ed è generalmente composto da quattro parti: mezzo di guadagno, sistema di raffreddamento, cavità a risonanza ottica e sorgente di pompa. Il mezzo di guadagno, come Ruby (Cr: Al₂o₃) o Garnet in alluminio yttum drogato in neodimio (ND: YAG), è l'anima del laser a stato solido. Gli ioni attivati ​​(come ND³⁺) drogati al suo interno raggiungono l'inversione della popolazione sotto l'azione della luce della pompa, generando così la luce laser. Il sistema di raffreddamento è responsabile della rimozione del calore accumulato all'interno del mezzo di guadagno a causa della generazione del laser per garantire un funzionamento stabile del laser. Il risonatore ottico forma oscillazioni continue attraverso un feedback positivo dei fotoni, emettendo un raggio laser altamente monocromatico e altamente direzionale.

1.2 Laser in fibra di prestazioni ed efficienza sono noti per la loro eccellente efficienza elettrica, grazie alla natura dei cavi in ​​fibra ottica, che può condurre luce con una perdita minima. Questa funzione rende i laser in fibra incredibilmente efficienti dal punto di vista energetico, spesso raggiungendo un'efficienza superiore al 30%. I laser a stato solido sono generalmente meno efficienti, probabilmente a causa delle perdite più elevate dei loro supporti di guadagno più grandi e della necessità di lampade ad alta intensità per il pompaggio.

1.3 Qualità del raggio: influisce direttamente sull'efficacia dei laser nelle applicazioni di precisione il funzionamento in modalità singola dei laser a fibra può fornire una qualità del raggio incredibilmente elevato, caratterizzata da una stretta messa a fuoco e una divergenza minima. I laser a stato solido, sebbene capaci di fornire travi di alta qualità, sono spesso difficili da abbinare alla qualità del raggio dei laser in fibra, specialmente a livelli di potenza più elevati. Nonostante la loro minore efficienza e qualità del raggio, i laser a stato solido non sono privi dei loro vantaggi. Hanno potenti capacità di ridimensionamento dell'alimentazione e sono adatti per applicazioni ad alta potenza. I laser a stato solido possono essere progettati per produrre livelli di potenza incredibilmente elevati aumentando le dimensioni del mezzo di guadagno e la potenza della pompa, il che non è così semplice per i laser a fibra a causa dei limiti della dimensione della fibra e della dissipazione del calore.

1.4 Laser in fibra di stabilità hanno un'elevata stabilità. La loro struttura in fibra è insensibile ai cambiamenti ambientali (come temperatura, umidità, vibrazioni, ecc.) E può mantenere condizioni di lavoro stabili in ambienti difficili. Allo stesso tempo, i laser in fibra sono considerati più durevoli e adattabili ai cambiamenti ambientali perché usano una struttura a stato solido e non contengono componenti ottici dello spazio libero. I laser a stato solido hanno una stabilità relativamente scarsa e i cambiamenti nei fattori ambientali possono avere un impatto maggiore sulle loro prestazioni.

1.5 I laser in fibra di dissipazione del calore hanno eccellenti prestazioni di dissipazione del calore. Il suo mezzo di guadagno è la fibra ottica, che ha un ampio rapporto superficie / volume e il calore può essere dissipato rapidamente, in modo che possa funzionare stabilmente per lungo tempo e può resistere all'uscita ad alta potenza. I laser a stato solido sono relativamente difficili da dissipare il calore e sono soggetti a effetti termici quando operano ad alta potenza, influenzando le prestazioni e la vita del laser.

1.6 Le dimensioni e i costi di manutenzione i laser in fibra sono molto compatti e richiedono quasi nessuna manutenzione. Le dimensioni ridotte della fibra e l'assenza di specchi esterni riducono notevolmente i problemi di allineamento associati ai laser a stato solido. Inoltre, le eccellenti capacità di dissipazione del calore della fibra di solito non richiedono un raffreddamento attivo, riducendo ulteriormente i requisiti di manutenzione. Allo stesso tempo, i laser in fibra sono generalmente più sicuri per operare perché il laser è confinato all'interno della fibra, riducendo il rischio di esposizione accidentale. L'allineamento degli specchi nei laser a stato solido è fondamentale per il loro funzionamento e richiede un'ispezione e una regolazione regolari, che aumenta il carico di lavoro di manutenzione. Inoltre, i laser a stato solido di solito richiedono un raffreddamento attivo per gestire il calore generato nel mezzo di guadagno, che non solo aumenta la complessità del sistema, ma aumenta anche i requisiti di manutenzione. I laser a stato solido tendono ad essere più grandi dei laser in fibra. La necessità di grandi specchi di guadagno e specchi esterni aumenta le loro dimensioni e peso, limitando la loro applicabilità in applicazioni con spazio limitato.

2. Campi di applicazione

I laser in fibra brillano nel campo del taglio e della saldatura industriali con la loro alta potenza, alta qualità del raggio, buone prestazioni e stabilità di dissipazione del calore. I laser in fibra sono particolarmente adatti per il taglio della piastra spessa e la saldatura di materiali metallici. La loro elevata efficienza di conversione elettro-ottica e il design privo di regolazioni e senza manutenzione riducono notevolmente il costo dell'uso e la difficoltà di manutenzione. Allo stesso tempo, l'elevata tolleranza dei laser in fibra ad ambienti di lavoro duri, come polvere, vibrazione, umidità, ecc., Li fa anche funzionare bene in vari siti industriali. I laser continui hanno un alto grado di penetrazione nel campo dell'elaborazione macro e hanno gradualmente sostituito i metodi di elaborazione tradizionali in questo campo. I laser a stato solido sono unici nel campo dell'elaborazione ultra-precisione e ultra-micro con la loro alta potenza di picco, grande energia a impulsi e uscita laser a lunghezza d'onda corta (come luce verde e luce ultravioletta). In processi come marcatura di materiale metallico/non metallo, taglio, perforazione e saldatura, i laser a stato solido possono ottenere una maggiore accuratezza di elaborazione e un'applicabilità del materiale più ampia. Soprattutto nella saldatura ad alta precisione e nella stampa 3D di materiali non metallici di alta precisione, i laser a stato solido sono diventati l'attrezzatura preferita a causa dei loro laser a lunghezza d'onda corta con piccoli effetti termici e accuratezza di elaborazione elevata. I laser a stato solido sono utilizzati principalmente nel campo della micro-maschile di precisione di materiali non metallici e materiali sottili, fragili e di metallo a causa della loro lunghezza d'onda corta (ultravioletta, ultravioletta profonda), larghezza di impulso corto (picosecondo, femtosecondo) e potenza di picco elevata. Inoltre, i laser a stato solido sono ampiamente utilizzati nella ricerca scientifica all'avanguardia nei settori dell'ambiente, della medicina, dei militari e così via.

3. quota di mercato Il mio paese è in fase di trasformazione e aggiornamento dell'industria manifatturiera dalla produzione di fascia bassa alla produzione di fascia alta. La produzione di fascia bassa rappresenta un'alta proporzione. Il mercato macro-elaborazione copre sia la produzione di fascia bassa che una parte di produzione di fascia alta. La domanda del mercato è grande. Pertanto, la capacità di mercato dei laser in fibra è relativamente grande. I laser a fibra a bassa potenza domestici sono altamente localizzati e ci sono molti produttori domestici su larga scala. Secondo il "Rapporto sullo sviluppo del settore laser cinese", i laser in fibra a bassa potenza sono stati completamente sostituiti da prodotti domestici; In termini di laser a fibra continua di media potenza, la qualità interna non ha evidenti svantaggi, il vantaggio dei prezzi è ovvio e la quota di mercato è comparabile; In termini di laser a fibra continui ad alta potenza, i marchi nazionali hanno ottenuto vendite parziali. Per quanto riguarda i laser a stato solido, a causa dello sviluppo tardivo in Cina, attualmente non ci sono aziende quotate con questo prodotto come loro attività principale e generalmente acquistano marchi stranieri. I laser in fibra sono utilizzati principalmente nel campo dell'elaborazione macro a causa della loro elevata potenza di uscita (l'elaborazione macro laser si riferisce generalmente all'elaborazione delle dimensioni e della forma dell'oggetto di elaborazione con l'influenza del raggio laser a livello di millimetro); I laser solidi sono ampiamente utilizzati nel campo della micro elaborazione a causa dei loro vantaggi come lunghezza d'onda corta, larghezza di impulso stretta e potenza di picco elevata (la micro elaborazione si riferisce generalmente all'elaborazione di dimensioni e forma con precisione che raggiunge micrometri o persino nanometri), con conseguenti alcune differenze tra utenti di laser solidi e laser a fibre. In generale, i laser solidi e i laser in fibra hanno focus diversi nei loro campi di applicazione e ognuno ha il proprio campo di applicazione. Non esiste una concorrenza diretta tra i due nella maggior parte dei campi. Nel campo dell'elaborazione dei materiali metallici che si sovrappone al campo della micro elaborazione, quando il metallo raggiunge un certo spessore, questo campo adotta generalmente metodi tradizionali o laser in fibra per motivi di costo. I laser solidi sono utilizzati solo nelle scene in cui lo spessore del metallo è sottile o i requisiti di elaborazione sono elevati e il costo non è sensibile. Inoltre, la concorrenza si sovrappone tra i due è bassa. I laser solidi sono utilizzati principalmente per la lavorazione di materiali non metallici (vetro, ceramica, plastica, polimeri, imballaggi, altri materiali fragili, ecc.) E nel campo dei materiali metallici, vengono utilizzati in scene con elevata precisione e relativamente insensibili al costo.