Laser Serat vs Laser Solid-State

Di era saat ini perkembangan teknologi laser yang cepat, laser solid-state dan laser serat, sebagai dua produk laser utama utama, masing-masing menunjukkan pesona dan keunggulan unik mereka di banyak bidang seperti produksi industri, penelitian ilmiah, dan aplikasi militer.

1. Prinsip teknis dan perbedaan kinerja

1.1 Dapatkan media

Laser serat menggunakan serat kaca yang didoping tanah jarang sebagai media gain. Di bawah aksi cahaya pompa, kepadatan daya tinggi terbentuk dalam serat, menghasilkan inversi populasi tingkat energi laser dan osilasi laser melalui loop umpan balik positif dari rongga resonansi. Laser serat kompak dan tidak memerlukan sistem pendingin yang kompleks, dan fleksibilitas serat membuatnya lebih menguntungkan dalam aplikasi pemrosesan ruang multi-dimensi. Inti dari laser serat adalah serat optik, gelas yang fleksibel, kaca tipis atau filamen plastik yang dikenal karena kemampuannya untuk memandu cahaya pada jarak jauh dengan kehilangan minimal. Serat bertindak sebagai media penguatan aktif laser dan merupakan inti dari operasi laser. Namun, tidak seperti kaca atau serat plastik yang tidak teropei yang digunakan dalam telekomunikasi, serat optik dalam laser serat didoping dengan unsur -unsur tanah jarang seperti Erbium atau Ytterbium. Doping ini memperkenalkan keadaan energi yang diperlukan untuk operasi laser, memungkinkan serat untuk tidak hanya memandu cahaya tetapi juga memperkuatnya. Laser solid-state (SSL) berpusat pada media penguatan unik, bahan padat, dan biasanya terdiri dari empat bagian: medium gain, sistem pendingin, rongga resonansi optik, dan sumber pompa. Medium penguatan, seperti ruby ​​(cr: al₂o₃) atau neodymium-doped yttrium aluminium garnet (nd: yag), adalah jiwa laser solid-state. Ion yang diaktifkan (seperti ND³⁺) yang didoping di dalamnya mencapai inversi populasi di bawah aksi cahaya pompa, sehingga menghasilkan cahaya laser. Sistem pendingin bertanggung jawab untuk menghilangkan panas yang terakumulasi di dalam media penguatan karena pembuatan laser untuk memastikan pengoperasian laser yang stabil. Resonator optik membentuk osilasi kontinu melalui umpan balik positif foton, mengeluarkan balok laser yang sangat monokromatik dan sangat directional.

1.2 Kinerja dan efisiensi laser serat dikenal karena efisiensi listriknya yang sangat baik, berkat sifat kabel serat optik, yang dapat melakukan cahaya dengan kehilangan minimal. Fitur ini membuat laser serat sangat hemat energi, seringkali mencapai efisiensi lebih dari 30%. Laser solid-state umumnya kurang efisien, mungkin karena kerugian yang lebih tinggi dari media gain yang lebih besar dan kebutuhan akan lampu intensitas tinggi untuk dipompa.

1.3 Kualitas balok: Secara langsung mempengaruhi efektivitas laser dalam aplikasi presisi operasi mode tunggal laser serat dapat memberikan kualitas balok yang sangat tinggi, ditandai dengan fokus yang ketat dan divergensi minimal. Laser solid-state, sementara mampu menyediakan balok berkualitas tinggi, seringkali sulit untuk mencocokkan kualitas balok laser serat, terutama pada tingkat daya yang lebih tinggi. Terlepas dari efisiensi dan kualitas balok yang lebih rendah, laser solid-state bukan tanpa keunggulan mereka. Mereka memiliki kemampuan penskalaan daya yang kuat dan sangat cocok untuk aplikasi daya tinggi. Laser solid-state dapat dirancang untuk menghasilkan tingkat daya yang sangat tinggi dengan meningkatkan ukuran media penguatan dan daya pompa, yang tidak begitu sederhana untuk laser serat karena keterbatasan ukuran serat dan disipasi panas.

1.4 Laser serat stabilitas memiliki stabilitas tinggi. Struktur seratnya tidak peka terhadap perubahan lingkungan (seperti suhu, kelembaban, getaran, dll.) Dan dapat mempertahankan kondisi kerja yang stabil di lingkungan yang keras. Pada saat yang sama, laser serat dianggap lebih tahan lama dan mudah beradaptasi dengan perubahan lingkungan karena mereka menggunakan struktur solid-state dan tidak mengandung komponen optik ruang bebas. Laser solid-state memiliki stabilitas yang relatif buruk, dan perubahan faktor lingkungan mungkin memiliki dampak yang lebih besar pada kinerja mereka.

1.5 Laser serat disipasi panas memiliki kinerja disipasi panas yang sangat baik. Media penguatannya adalah serat optik, yang memiliki rasio luas permukaan terhadap volume, dan panas dapat dihilangkan dengan cepat, sehingga dapat bekerja secara stabil untuk waktu yang lama dan dapat menahan output daya tinggi. Laser solid-state relatif sulit untuk menghilangkan panas, dan rentan terhadap efek termal ketika beroperasi pada daya tinggi, mempengaruhi kinerja dan umur laser.

1.6 Ukuran dan biaya perawatan Laser serat sangat kompak dan hampir tidak memerlukan perawatan. Ukuran kecil serat dan tidak adanya cermin eksternal sangat mengurangi masalah perataan yang terkait dengan laser solid-state. Selain itu, kemampuan disipasi panas yang sangat baik dari serat biasanya tidak memerlukan pendinginan aktif, lebih lanjut mengurangi persyaratan perawatan. Pada saat yang sama, laser serat umumnya lebih aman untuk beroperasi karena laser terbatas di dalam serat, mengurangi risiko paparan yang tidak disengaja. Penyelarasan cermin dalam laser solid-state sangat penting untuk operasinya dan membutuhkan inspeksi dan penyesuaian secara teratur, yang meningkatkan beban kerja pemeliharaan. Selain itu, laser solid-state biasanya membutuhkan pendinginan aktif untuk mengelola panas yang dihasilkan dalam media penguatan, yang tidak hanya meningkatkan kompleksitas sistem, tetapi juga meningkatkan persyaratan pemeliharaan. Laser solid-state cenderung lebih besar dari laser serat. Kebutuhan akan cermin gain besar dan cermin eksternal meningkatkan ukuran dan beratnya, membatasi penerapannya dalam aplikasi dengan ruang terbatas.

2. Bidang Aplikasi

Laser serat bersinar di bidang pemotongan dan pengelasan industri dengan kekuatan tinggi, kualitas balok tinggi, kinerja disipasi panas yang baik dan stabilitas. Laser serat sangat cocok untuk pemotongan pelat tebal dan pengelasan bahan logam. Efisiensi konversi elektro-optik yang tinggi dan desain bebas penyesuaian dan bebas perawatan sangat mengurangi biaya penggunaan dan kesulitan pemeliharaan. Pada saat yang sama, toleransi laser serat yang tinggi terhadap lingkungan kerja yang keras, seperti debu, getaran, kelembaban, dll., Juga membuat mereka berkinerja baik di berbagai lokasi industri. Laser kontinu memiliki tingkat penetrasi yang tinggi di bidang pemrosesan makro, dan secara bertahap mengganti metode pemrosesan tradisional di bidang ini. Laser solid-state unik di bidang pemrosesan ultra-presisi dan ultra-mikro dengan daya puncaknya yang tinggi, energi pulsa besar dan output laser panjang gelombang pendek (seperti lampu hijau dan cahaya ultraviolet). Dalam proses seperti penandaan material logam/non-logam, pemotongan, pengeboran dan pengelasan, laser solid-state dapat mencapai akurasi pemrosesan yang lebih tinggi dan penerapan material yang lebih luas. Terutama dalam pengelasan presisi tinggi dan pencetakan 3D yang menenangkan cahaya dari bahan non-logam, laser solid-state telah menjadi peralatan yang disukai karena laser panjang gelombang pendek dengan efek termal kecil dan akurasi pemrosesan yang tinggi. Laser solid-state terutama digunakan di bidang presisi mikro-macheining bahan non-logam dan bahan logam tipis, rapuh dan lainnya karena panjang gelombang pendeknya (ultraviolet, ultraviolet dalam), lebar pulsa pendek (picosecond, femtosecond) dan daya puncak tinggi. Selain itu, laser solid-state banyak digunakan dalam penelitian ilmiah mutakhir di bidang lingkungan, kedokteran, militer dan sebagainya.

3. Pangsa pasar negara saya sedang dalam proses transformasi dan peningkatan industri manufaktur dari manufaktur kelas bawah ke manufaktur kelas atas. Pabrikan low-end menyumbang proporsi tinggi. Pasar pemrosesan makro mencakup manufaktur kelas bawah dan beberapa manufaktur kelas atas. Permintaan pasar besar. Oleh karena itu, kapasitas pasar laser serat relatif besar. Laser serat daya rendah domestik sangat terlokalisasi, dan ada banyak produsen domestik skala besar. Menurut "Laporan Pengembangan Industri Laser China", laser serat berdaya rendah telah sepenuhnya digantikan oleh produk-produk dalam negeri; Dalam hal laser serat kontinu daya menengah, kualitas domestik tidak memiliki kelemahan yang jelas, keuntungan harga jelas, dan pangsa pasar sebanding; Dalam hal laser serat kontinu daya tinggi, merek domestik telah mencapai penjualan parsial. Adapun laser solid-state, karena pengembangan akhir di Cina, saat ini tidak ada perusahaan terdaftar dengan produk ini sebagai bisnis utama mereka, dan mereka umumnya membeli merek asing. Laser serat terutama digunakan di bidang pemrosesan makro karena daya output yang tinggi (pemrosesan makro laser umumnya mengacu pada pemrosesan ukuran dan bentuk objek pemrosesan dengan pengaruh balok laser pada tingkat milimeter); Laser padat banyak digunakan di bidang pemrosesan mikro karena keunggulannya seperti panjang gelombang pendek, lebar pulsa sempit, dan daya puncak tinggi (pemrosesan mikro umumnya mengacu pada pemrosesan ukuran dan bentuk dengan presisi mencapai mikrometer atau bahkan nanometer), yang menghasilkan perbedaan tertentu antara pengguna laser padat dan laser serat. Secara umum, laser padat dan laser serat memiliki fokus berbeda dalam bidang aplikasi mereka dan masing -masing memiliki bidang aplikasinya sendiri. Tidak ada persaingan langsung antara keduanya di sebagian besar bidang. Di bidang pemrosesan bahan logam yang tumpang tindih dengan bidang pemrosesan mikro, ketika logam mencapai ketebalan tertentu, bidang ini umumnya mengadopsi metode tradisional atau laser serat karena alasan biaya. Laser padat hanya digunakan dalam adegan di mana ketebalan logam tipis atau persyaratan pemrosesan tinggi dan biayanya tidak sensitif. Selain itu, kompetisi tumpang tindih antara keduanya rendah. Laser padat terutama digunakan untuk pemrosesan bahan non-logam (kaca, keramik, plastik, polimer, kemasan, bahan rapuh lainnya, dll.), Dan di bidang bahan logam, mereka digunakan dalam adegan dengan persyaratan presisi tinggi dan relatif tidak sensitif terhadap biaya.