Анализ лазерной отрасли

Принцип работы лазера

Лазер состоит из источника накачки, усиливающей среды с метастабильным уровнем энергии и резонатора. На примере волоконного лазера с полупроводниковой накачкой конкретный процесс генерации лазера можно подробно разделить на следующие пять этапов:

1. На первом этапе вводится свет накачки, и полупроводниковый лазер в качестве источника накачки лазера излучает свет накачки с определенной шириной линии и попадает в волокно после прохождения через объединитель лучей;
2. На втором этапе на усиливающую среду подается питание, и усиливающее волокно поглощает свет накачки определенной длины волны, что приводит к переходу энергетического уровня частицы в метастабильное состояние;
3. На третьем этапе фотоны образуются в результате спонтанного излучения, и частицы метастабильного состояния спонтанно переходят вниз, чтобы высвободить энергию, производя фотоны с разными направлениями и фазами;
4. Четвертый шаг — реализация оптического усиления стимулированным излучением. Фотоны, движущиеся вдоль оси, могут перемещаться вперед и назад между зеркалами (решетками) (фотоны, не бегущие вдоль оси, быстро убегают), а фотоны могут генерировать однородные фотоны, когда они сталкиваются с высокоэнергетическими (метастабильными) частицами в усиливающей среде, чтобы достичь эффекта оптического усиления;
5. Пятый шаг, выход лазера, после достижения определенных требований для достижения непрерывной или импульсной формы выхода лазера.

Лазерная классификация

Существует четыре общих классификации лазеров: среда усиления, выходная мощность, режим работы и ширина импульса.

В зависимости от усиливающей среды: усиливающая среда лазера включает газ, жидкость и твердое тело. Конкретная усиливающая среда определяет длину волны лазера, выходную мощность и область применения. Газовый CO2-лазер является типичным представителем газа, рубиновый лазер, полупроводниковый лазер, волоконный лазер и YAG-лазер являются типичными представителями твердого тела.

В зависимости от выходной мощности: ее можно разделить на малую мощность (0–100 Вт), среднюю мощность (100–1 кВт) и высокую мощность (более 1 кВт); но иногда ее определяют как среднюю мощность в пределах 100-1,5кВт. Разная мощность лазера адаптируется к различным сценариям применения.

По режиму работы: его можно разделить на непрерывный лазер и импульсный лазер. Лазер непрерывного действия может работать непрерывно в течение длительного периода времени, обеспечивая стабильную работу и высокий тепловой эффект. Импульсный лазер выдается в виде импульса, который характеризуется высокой пиковой мощностью и малым тепловым эффектом.

Подробное-с-сравнение двух режимов работы см.Отличия лазеров CW и QCW.

В зависимости от длительности импульса импульсный лазер можно разделить на миллисекунды, микросекунды, наносекунды, пикосекунды и фемтосекунды. Вообще говоря, чем короче время импульса, тем выше энергия одиночного импульса, уже ширина импульса и тем выше точность обработки.

Между импульсным и непрерывным режимом работы находится гибрид, который стоит знать: нашКвази-непрерывный лазерный направляющий QCW.

В зависимости от выходной длины волны: его можно разделить на инфракрасный лазер, видимый лазер, УФ-лазер и т. д. Различные структуры материалов могут поглощать разные диапазоны длин волн, например, металл имеет более высокое поглощение в ближнем-инфракрасном диапазоне.

Волоконный лазер имеет выдающиеся преимущества при обработке материалов.

Волоконный лазер способствует развитию методов лазерной обработки вширь и вглубь. В традиционной области-лазер высокой мощности способствует проникновению лазерного оборудования в области резки, сварки, маркировки и других звеньев высокотехнологичного оборудования,-например, в аэрокосмической, транспортной и т. д. В новой области волоконный лазер расширяет глубину лазерной обработки и формирует растущий рынок, включающий в основном точную обработку в бытовой электронике, фотоэлектрических устройствах, литиевых батареях, полупроводниках и других областях.

С технической точки зрения волоконный лазер превосходит другие лазеры. Технические преимущества волоконного лазера для обработки: 1) хорошее качество луча, простота достижения высокой мощности. 2) Большая площадь поверхности оптического волокна, хорошее рассеивание тепла. 3) Оптический путь полностью закрытый, с хорошей стабильностью, длительным сроком службы и меньшими затратами на обслуживание. 4) Малый размер, гибкая передача. 5) Длина волны находится в диапазоне 700–2000 нм, что более применимо в области обработки материалов.

С точки зрения стоимости волоконный лазер имеет очень большое-преимущество в производительности. Для сравнения возьмем CO2-лазер:

• Благодаря высокому качеству луча и высокой скорости поглощения материала скорость обработки волоконным лазером выше. Если взять в качестве примера резку тонкой пластины, то скорость резки волоконным лазером может в 2-3 раза превышать скорость резки CO2-лазера той же мощности;
• Коэффициент электро-оптического преобразования волоконного лазера составляет более 30 %, а энергопотребление низкое. Оптический путь CO2-лазера полностью зависит от отражателя. Оптический путь быстро затухает, и потери энергии больше. Коэффициент электро-оптического преобразования ниже 10 %;
• Структура волоконного лазера проста и стабильна, внешний оптический путь-не требует обслуживания, среднее время наработки на отказ составляет более 100 000 часов, расходные материалы практически отсутствуют. Структура лазерной системы CO2 сложна, отражатель и резонатор требуют регулярного обслуживания, стоимость замены подшипников турбины высока, а стоимость обслуживания высока.

Сравнивая основные параметры производительности киловаттного промышленного лазера, представленного на рынке, по сравнению с другими лазерами, волоконный лазер обладает преимуществами хорошего качества выходного лазерного луча, высокой плотности энергии, высокой электро-оптической эффективности, простоты в использовании, широкого спектра обрабатываемых материалов, низких комплексных эксплуатационных затрат и т. д., поэтому он широко используется в резьбе/маркировке, резке/сверлении и т. д., плакировании/сварке, обработке поверхности, быстром прототипировании и других областях обработки материалов и оптической связи. известный как «лазер третьего-поколения», имеет широкие перспективы применения.

Лазер расположен в центре цепочки лазерной промышленности, и Китай стал крупнейшим и самым быстрорастущим-рынком лазеров в мире. Лазер является основным оптическим компонентом терминального лазерного оборудования, которое находится в центре всей производственной цепочки. При этом с точки зрения стоимости стоимость лазера составляет около 30%- 50% от общей стоимости оборудования, которое является наиболее ценным основным компонентом лазерного оборудования.

Заглядывая в будущее, сектор вступает в то, что многие называютзолотой век развития лазеров в ближайшие три десятилетия.