Trong công nghệ laser thay đổi nhanh chóng ngày nay, laser trạng thái rắn và tia laser sợi như hai sản phẩm laser chính thống, mỗi sản phẩm công nghiệp, nghiên cứu khoa học, ứng dụng quân sự và các lĩnh vực khác để thể hiện sự quyến rũ và lợi thế độc đáo.
Thứ nhất, nguyên tắc kỹ thuật và sự khác biệt về hiệu suất
① đạt được trung bình
Laser sợi (laser sợi) được sử dụng làm môi trường tăng sợi thủy tinh pha tạp nguyên tố hiếm. Dưới tác động của ánh sáng bơm, mật độ công suất cao được hình thành trong sợi, dẫn đến sự đảo ngược số lượng các hạt trong mức năng lượng laser và tạo ra các dao động laser thông qua vòng phản hồi tích cực của khoang cộng hưởng. Laser sợi nhỏ gọn, không yêu cầu các hệ thống làm mát phức tạp và tính linh hoạt của sợi làm cho nó thuận lợi hơn trong các ứng dụng xử lý không gian đa chiều.
Trọng tâm của laser sợi là sợi quang, một sợi thủy tinh hoặc nhựa mỏng linh hoạt, được biết đến với khả năng chỉ đạo ánh sáng trong khoảng cách xa với sự mất mát tối thiểu. Sợi này hoạt động như một phương tiện tăng hoạt động cho laser và là trung tâm của hoạt động của nó. Tuy nhiên, không giống như các sợi thủy tinh hoặc nhựa không được sử dụng trong viễn thông, các sợi trong laser sợi được pha tạp với các nguyên tố đất hiếm như erbium hoặc ytterbium. Doping này giới thiệu các trạng thái năng lượng cần thiết cho laser hoạt động, cho phép sợi không chỉ ánh sáng trực tiếp mà còn khuếch đại nó.
Laser trạng thái rắn (SSL) tập trung vào môi trường tăng độc đáo của chúng, vật liệu rắn và thường bao gồm bốn thành phần chính: môi trường tăng, hệ thống làm mát, khoang cộng hưởng quang học và nguồn bơm. Phương tiện tăng, chẳng hạn như Ruby (CR: Al₂O₃) hoặc Neodymium pha tạp yttri-nhôm garnet (ND: YAG), là linh hồn của laser trạng thái rắn và các ion kích hoạt pha tạp bên trong nó (ví dụ: ND³⁺) Hệ thống làm mát chịu trách nhiệm loại bỏ nhiệt tích lũy bên trong môi trường tăng do tạo ra laser và đảm bảo hoạt động ổn định của laser. Khoang cộng hưởng quang học tạo ra một dao động liên tục thông qua phản hồi tích cực của các photon để xuất ra một chùm tia laser đơn sắc và chỉ định cao.
Hiệu quả và hiệu quả
Laser sợi được biết đến với hiệu quả điện tuyệt vời, nhờ vào bản chất của cáp quang dẫn ánh sáng với tổn thất tối thiểu. Tính năng này cho phép laser sợi có hiệu quả năng lượng cực kỳ, thường đạt được hiệu quả vượt quá 30%.
Các laser trạng thái rắn thường kém hiệu quả hơn, có thể được quy cho các tổn thất cao hơn của môi trường tăng hơn cồng kềnh của chúng và nhu cầu về đèn cường độ cao để bơm.
Chất lượng chùm tia: Ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả của laser trong các ứng dụng chính xác.
Hoạt động chế độ đơn của laser sợi cung cấp chất lượng chùm tia cực kỳ cao, được đặc trưng bởi sự tập trung chặt chẽ và phân kỳ tối thiểu.
Laser trạng thái rắn, trong khi có khả năng cung cấp các chùm chất lượng cao, thường đấu tranh để phù hợp với chất lượng chùm tia của laser sợi, đặc biệt là ở mức năng lượng cao hơn.
Mặc dù hiệu quả thấp hơn và chất lượng chùm tia, laser trạng thái rắn không phải không có lợi thế của họ. Họ có khả năng mở rộng sức mạnh mạnh mẽ giúp chúng phù hợp với các ứng dụng công suất cao. Laser trạng thái rắn có thể được thiết kế để tạo ra mức công suất cực kỳ cao bằng cách tăng kích thước của môi trường tăng và công suất bơm, điều này không đơn giản đối với laser sợi do kích thước sợi và giới hạn tản nhiệt.
④ Ổn định
Laser sợi rất ổn định. Cấu trúc sợi của nó không nhạy cảm với những thay đổi trong môi trường (ví dụ: nhiệt độ, độ ẩm, độ rung, v.v.) và có thể duy trì điều kiện làm việc ổn định trong môi trường khắc nghiệt hơn. Đồng thời, laser sợi được coi là bền hơn và thích nghi với các thay đổi môi trường vì chúng có cấu trúc trạng thái rắn và không chứa các thành phần quang học không gian tự do.
Laser trạng thái rắn tương đối không ổn định và những thay đổi trong các yếu tố môi trường có thể có tác động lớn hơn đến hiệu suất của chúng.
Hiệu suất tiêu tán
Laser sợi có hiệu suất tản nhiệt tuyệt vời. Môi trường tăng của nó là sợi quang, có tỷ lệ diện tích bề mặt lớn so với thể tích và nhiệt có thể được phát ra nhanh chóng, do đó nó có thể hoạt động ổn định trong một thời gian dài và chịu được công suất cao.
Laser trạng thái rắn tương đối khó phân tán nhiệt và dễ bị các vấn đề về hiệu ứng nhiệt trong quá trình vận hành công suất cao, ảnh hưởng đến hiệu suất và tuổi thọ của laser.
Chi phí bảo trì và bảo trì
Laser sợi rất nhỏ gọn và yêu cầu bảo trì ít. Kích thước nhỏ của sợi và sự vắng mặt của gương bên ngoài làm giảm đáng kể các vấn đề liên kết liên quan đến laser trạng thái rắn. Ngoài ra, khả năng tuyệt vời của sợi để tiêu tan nhiệt thường loại bỏ sự cần thiết phải làm mát tích cực, giảm thêm các yêu cầu bảo trì. Ngoài ra, laser sợi thường an toàn hơn để vận hành vì laser bị giới hạn trong sợi, làm giảm nguy cơ phơi nhiễm tình cờ.
Căn chỉnh các gương trong laser trạng thái rắn là rất quan trọng đối với hoạt động của chúng và yêu cầu kiểm tra và điều chỉnh định kỳ, làm tăng các nỗ lực bảo trì. Ngoài ra, laser trạng thái rắn thường yêu cầu làm mát hoạt động để quản lý nhiệt được tạo ra trong môi trường tăng, điều này không chỉ làm tăng thêm sự phức tạp của hệ thống, mà còn làm tăng các yêu cầu bảo trì. Laser trạng thái rắn có xu hướng lớn hơn laser sợi. Sự cần thiết của gương trung gian và bên ngoài tăng lớn làm tăng kích thước và trọng lượng của chúng, hạn chế sự phù hợp của chúng đối với các ứng dụng bị hạn chế không gian.
Thứ hai, các khu vực ứng dụng
Laser sợi tỏa sáng trong lĩnh vực cắt và hàn công nghiệp với năng lượng cao, chất lượng chùm sáng cao, sự phân tán nhiệt tốt và ổn định. Laser chất xơ đặc biệt phù hợp để cắt và hàn các tấm vật liệu kim loại dày, và hiệu quả chuyển đổi quang điện cao của chúng và thiết kế không điều chỉnh, không cần bảo trì làm giảm đáng kể chi phí sử dụng và khó khăn. Đồng thời, dung sai cao của laser cho môi trường làm việc khắc nghiệt, chẳng hạn như bụi, rung, độ ẩm, v.v., cũng làm cho nó hoạt động tốt trong tất cả các loại địa điểm công nghiệp. Laser liên tục có mức độ thâm nhập cao trong lĩnh vực xử lý vĩ mô, nơi họ đã dần thay thế các phương pháp xử lý truyền thống.
Các laser trạng thái rắn là duy nhất trong lĩnh vực xử lý cực kỳ chính xác và cực kỳ micro với công suất cực đại cao, năng lượng xung lớn và đầu ra laser bước sóng ngắn (ví dụ như màu xanh lá cây, UV). Trong các quá trình như đánh dấu, cắt, khoan và hàn các vật liệu kim loại/phi kim loại, laser trạng thái rắn có thể đạt được độ chính xác xử lý cao hơn và khả năng áp dụng vật liệu rộng hơn. Đặc biệt là trong hàn độ chính xác cao của các vật liệu phi kim loại và in 3D bằng ánh sáng, laser trạng thái rắn đã trở thành thiết bị được lựa chọn nhờ các laser bước sóng ngắn của chúng với hiệu ứng nhiệt nhỏ và độ chính xác xử lý cao. Các laser trạng thái rắn chủ yếu được sử dụng trong lĩnh vực vi mô chính xác của các vật liệu phi kim loại và các vật liệu kim loại mỏng, giòn và các vật liệu kim loại khác nhờ vào các bước sóng ngắn của chúng (cực tím, cực tím sâu), chiều rộng xung ngắn (picoseconds, femtoseconds) và công suất cao cao. Ngoài ra, laser trạng thái rắn được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu khoa học tiên tiến trong các lĩnh vực môi trường, y tế và quân sự.
Thứ ba, thị phần
Trung Quốc đang trong quá trình chuyển đổi và nâng cấp ngành sản xuất từ sản xuất cấp thấp sang sản xuất cao cấp, tỷ lệ sản xuất cấp thấp là cao và thị trường xử lý vĩ mô bao gồm cả sản xuất cấp thấp và một phần của sản xuất cao cấp, và nhu cầu thị trường lớn, do đó, công suất thị trường của các nhà sản xuất sợi rất lớn.
Mức độ nội địa hóa bằng sợi trung bình trong nước và thấp là các nhà sản xuất sản xuất quy mô trong nước. Theo "Báo cáo phát triển ngành Laser Trung Quốc" cho thấy laser sợi công suất thấp đã nhận ra đầy đủ sự thay thế trong nước; Laser sợi liên tục năng lượng trung bình, chất lượng trong nước và không có nhược điểm rõ ràng, lợi thế về giá là rõ ràng, thị phần là tương đương; Laser sợi liên tục công suất cao, các thương hiệu trong nước đã đạt được một số doanh số.
Đối với laser trạng thái rắn, do sự phát triển muộn của nước, không có công ty niêm yết nào với sản phẩm này là doanh nghiệp chính, thường mua các thương hiệu nước ngoài.
Laser sợi chủ yếu được sử dụng trong lĩnh vực xử lý vĩ mô nhờ vào công suất đầu ra cao của chúng (xử lý vĩ mô laser thường đề cập đến việc xử lý kích thước và hình dạng trong đó chùm tia laser ảnh hưởng đến đối tượng xử lý trong phạm vi của milimet); Các laser trạng thái rắn được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực vi xử lý (vi xử lý thường đề cập đến việc xử lý kích thước và hình dạng trong đó độ chính xác đạt đến mức vi mô hoặc thậm chí mức nanomet) bởi các bước sóng ngắn của chúng, độ rộng xung hẹp, công suất cao hơn.
Nói chung, laser rắn và laser sợi có khu vực ứng dụng riêng. Cả hai không có sự cạnh tranh trực tiếp trong hầu hết các lĩnh vực, trong lĩnh vực vi mô chồng chéo trong lĩnh vực xử lý vật liệu kim loại, trong kim loại đến một độ dày nhất định của trường hợp do lý do chi phí, trường thường sử dụng theo cách truyền thống hoặc laser sợi, chỉ ở độ dày kim loại của các yêu cầu. Ngoài ra, mức độ cạnh tranh giữa hai chất chồng chéo là thấp, các laser trạng thái rắn chủ yếu được sử dụng trong quá trình xử lý các vật liệu phi kim loại (thủy tinh, gốm, nhựa, polyme, bao bì, các vật liệu giòn khác, v.v.), và trong lĩnh vực vật liệu kim loại được sử dụng trong các kịch bản đòi hỏi phải có độ chính xác cao.
