في عصر اليوم من التطور السريع لتكنولوجيا الليزر ، أظهر ليزر الحالة الصلبة والليزر الألياف ، كمنتجين رئيسيين ليزران رئيسيان ، سحرهما الفريد ومزاياه في العديد من المجالات مثل الإنتاج الصناعي ، والبحث العلمي ، والتطبيقات العسكرية.
1. المبادئ التقنية واختلافات الأداء
① كسب وسيط
تستخدم أشعة الليزر الألياف الألياف الزجاجية النادرة كإلحاح للوسائط. تحت عمل ضوء المضخة ، تتشكل كثافة الطاقة العالية في الألياف ، مما يؤدي إلى انعكاس السكان لمستوى طاقة الليزر ، ويتم إنشاء تذبذب الليزر من خلال حلقة التغذية المرتدة الإيجابية لتجويف الرنين. أشعة الليزر الألياف مضغوطة ولا تتطلب نظام تبريد معقد ، ومرونة الألياف تجعلها أكثر فائدة في تطبيقات معالجة الفضاء متعددة الأبعاد.
جوهر الليزر الألياف هو ألياف ضوئية ، والزجاج المرن ، والراحة ذات الشعر أو الشعيرة البلاستيكية المعروفة بقدرته على توجيه الضوء على مسافات طويلة مع الحد الأدنى من الخسارة. تعمل الألياف كوسيلة كسب نشطة للليزر وهي جوهر عملية الليزر. ومع ذلك ، على عكس الألياف الزجاجية أو البلاستيكية غير المستقرة المستخدمة في الاتصالات السلكية واللاسلكية ، فإن الألياف البصرية في ليزر الألياف مخدر بعناصر أرضية نادرة مثل erbium أو ytterbium. يقدم هذا المنشطات حالات الطاقة اللازمة لتشغيل الليزر ، مما يسمح للألياف ليس فقط بتوجيه الضوء ولكن أيضًا تضخيمه.
يتركز ليزر الحالة الصلبة (SSL) على مادة صلبة فريدة من نوعها ، وعادةً ما يتكون من أربعة أجزاء: الكسب المتوسطة ، ونظام التبريد ، وتجويف الرنين البصري ومصدر المضخة. كسب وسيط ، مثل Ruby (CR: al₂o₃) أو العقيق الألمنيوم الأليانيوم النيوديميوم (ND: YAG) ، هي روح الليزر الصلبة. إن الأيونات المنشطة (مثل ND⁺⁺) مخدر داخلها تحقق انعكاسًا في عدد الجسيمات تحت عمل ضوء المضخة ، وبالتالي توليد الليزر. نظام التبريد مسؤول عن تسخين الحرارة المتراكمة داخل وسط الكسب بسبب توليد الليزر لضمان تشغيل مستقر للليزر. يشكل تجويف الرنين البصري تذبذبًا مستمرًا من خلال ردود فعل إيجابية من الفوتونات ، ويخرج شعاع ليزر أحادي اللون للغاية واتجاه.
الأداء والكفاءة
تشتهر أشعة الليزر الألياف بكفاءتها الكهربائية الاستثنائية ، وذلك بفضل طبيعة الكابلات البصرية الألياف ، التي تجري الضوء مع الحد الأدنى من الخسائر. هذه الميزة تجعل الليزر الألياف أكثر كفاءة في استخدام الطاقة ، وغالبًا ما تحقق الكفاءة التي تتجاوز 30 ٪. تكون الليزر في الحالة الصلبة أقل كفاءة بشكل عام ، ويرجع ذلك على الأرجح إلى الخسائر العالية لوسائط المكاسب الضخمة والحاجة إلى مصابيح عالية الكثافة للضخ.
③ جودة الحمل: تؤثر بشكل مباشر على فعالية الليزر في التطبيقات الدقيقة. يمكن أن توفر التشغيل أحادي الوضع لليزر الألياف جودة عالية بشكل لا يصدق ، وتتميز بالتركيز الدقيق والحد الأدنى من الاختلاف. على الرغم من أن أشعة الليزر في الحالة الصلبة قادرة على توفير عوارض عالية الجودة ، إلا أنه من الصعب في كثير من الأحيان مطابقة جودة شعاع ليزر الألياف ، وخاصة في مستويات الطاقة الأعلى. على الرغم من انخفاض الكفاءة وجودة الشعاع ، فإن ليزر الحالة الصلبة لا تخلو من مزاياها. لديهم إمكانيات قوية لتوسيع نطاق الطاقة وهي مناسبة للغاية للتطبيقات عالية الطاقة. يمكن تصميم ليزر الحالة الصلبة لإنتاج مستويات طاقة عالية بشكل لا يصدق عن طريق زيادة حجم متوسط الكسب وطاقة المضخة ، وهو أمر غير بسيط بالنسبة لليزر الألياف بسبب قيود حجم الألياف وتبديد الحرارة.
④ استقرار الليزر الألياف لديها استقرار عالية. بنية الألياف الخاصة بهم غير حساسة للتغيرات البيئية (مثل درجة الحرارة والرطوبة والاهتزاز ، وما إلى ذلك) ، ويمكنها الحفاظ على حالة عمل مستقرة في بيئات قاسية نسبيًا. في الوقت نفسه ، تستخدم أشعة الليزر الألياف بنية الحالة الصلبة ولا تحتوي على مكونات ضوئية للمساحة الحرة ، لذلك تعتبر أكثر متانة وقادرة على التكيف مع التغييرات البيئية. يتمتع ليزر الحالة الصلبة بالاستقرار السيئ نسبيًا ، وقد يكون للتغيرات في العوامل البيئية تأثير أكبر على أدائها.
performance ، فإن أداء الليزر الألياف الألياف الألياف له أداء ممتاز في تبديد الحرارة. وسط مكاسبها هي الألياف الضوئية ، التي لديها نسبة كبيرة من مساحة السطح إلى الحجم ، ويمكن تبديد الحرارة بسرعة ، بحيث يمكن أن تعمل بشكل ثابت لفترة طويلة ويمكن أن تصمد أمام إنتاج الطاقة العالية. يعد تبديد الحرارة لليزر الحالة الصلبة أمرًا صعبًا نسبيًا ، ومشاكل التأثير الحراري معرضة للحدوث عند العمل بقوة عالية ، مما يؤثر على أداء وحياة الليزر.
⑥ الحجم والصيانة تكلفة الليزر الليزر مضغوطة للغاية وخالية من الصيانة تقريبا. حجم صغر حجم الألياف وغياب المرايا الخارجية يقلل بشكل كبير من مشاكل المحاذاة المرتبطة بأشعة الليزر في الحالة الصلبة. بالإضافة إلى ذلك ، عادة ما لا تتطلب قدرة تبديد الحرارة الممتازة للألياف تبريدًا نشطًا ، مما يقلل من متطلبات الصيانة. في الوقت نفسه ، تكون أشعة الليزر الألياف أكثر أمانًا بشكل عام لأن الليزر محصور داخل الألياف ، مما يقلل من خطر التعرض العرضي. تعد محاذاة المرايا في ليزر الحالة الصلبة أمرًا بالغ الأهمية لتشغيلها وتتطلب فحصًا وضبطًا منتظمًا ، مما يزيد من عبء عمل الصيانة. بالإضافة إلى ذلك ، عادة ما تتطلب ليزر الحالة الصلبة تبريدًا نشطًا لإدارة الحرارة الناتجة في وسط الكسب ، مما لا يزيد من تعقيد النظام فحسب ، بل يزيد أيضًا من متطلبات الصيانة. تميل ليزر الحالة الصلبة إلى أن تكون أكبر من ليزر الألياف. الحاجة إلى مرايا كسب كبيرة ومرايا خارجية تزيد من حجمها ووزنها ، مما يحد من قابلية تطبيقها في التطبيقات ذات المساحة المحدودة.
2. حقول التطبيق
تتألق ليزر الألياف في مجال القطع الصناعية واللحام مع قوتها العالية وجودة الحزمة العالية وأداء تبديد الحرارة الجيد واستقرارها. الليزر الألياف مناسبة بشكل خاص لقطع الصفائح السميكة ولحام المواد المعدنية. تقلل كفاءة التحويل الكهروم البصرية العالية والتصميم الخالي من التعديل وخالي من الصيانة إلى حد كبير من تكلفة الاستخدام وصعوبة الصيانة. في الوقت نفسه ، فإن التسامح العالي لليزر الألياف لبيئات العمل القاسية ، مثل الغبار والاهتزاز والرطوبة ، وما إلى ذلك ، يجعلها تعمل بشكل جيد في مواقع صناعية مختلفة. تتمتع الليزر المستمر بدرجة عالية من الاختراق في مجال معالجة الماكرو ، وقد استبدلت تدريجياً طرق المعالجة التقليدية في هذا المجال.
تعتبر الليزر في الحالة الصلبة فريدة من نوعها في مجال الدقة الفائقة والمعالجة الفائقة مع قوتها ذات الذروة العالية ، وطاقة النبض الكبيرة وإخراج الليزر الموجي القصير (مثل الضوء الأخضر والضوء فوق البنفسجي). في عمليات مثل علامات المواد المعدنية/غير المعدنية ، يمكن أن تحقق الليزر في الحالة الصلبة ، مما يمكن أن يحقق دقة معالجة أعلى وقابلية تطبيق المواد الأوسع. خاصة في اللحام العالي الدقة والطباعة ثلاثية الأبعاد للضوء للمواد غير المعدنية ، أصبحت ليزر الحالة الصلبة الجهاز المفضل بسبب الليزر ذو الطول الموجي القصيرة ذات التأثيرات الحرارية الصغيرة ودقة المعالجة العالية. تستخدم ليزر الحالة الصلبة بشكل رئيسي في مجال التخلص الدقيق للمواد غير المعدنية ومواد معدنية رقيقة وهشة وغيرها قوة الذروة. بالإضافة إلى ذلك ، تستخدم ليزر الحالة الصلبة على نطاق واسع في الأبحاث العلمية المتطورة في مجالات البيئة والطب والعسكرية وما إلى ذلك.
3. حصة السوق
إن بلدي بصدد تحويل وترقية التصنيع من التصنيع المنخفض إلى التصنيع الراقي. حسابات التصنيع المنخفضة نسبة عالية. يغطي سوق المعالجة الكلية كل من التصنيع المنخفض وبعض التصنيع الراقي. الطلب على السوق كبير. لذلك ، فإن قدرة سوق ليزر الألياف كبيرة نسبيًا.
درجة توطين ليزر الألياف المنخفضة الطاقة المنزلية مرتفعة ، وهناك العديد من الشركات المصنعة على نطاق واسع المحلي. وفقًا لـ "تقرير تطوير صناعة الليزر الصيني" ، تم استبدال الليزر الألياف منخفضة الطاقة بالكامل بالمنتجات المحلية ؛ فيما يتعلق بأشعة الليزر الألياف المستمرة المتوسطة ، فإن الجودة المحلية ليس لها أي عيوب واضحة ، وميزة الأسعار واضحة ، وحصة السوق مكافئة ؛ من حيث الليزر الألياف المستمرة عالية الطاقة ، حققت العلامات التجارية المحلية مبيعات جزئية.
أما بالنسبة للليزر الصلب ، نظرًا للتأخر في التطوير في الصين ، لا توجد حاليًا أي شركات مدرجة في هذا المنتج كعملها الرئيسي ، وشراء العلامات التجارية الأجنبية عمومًا.
تستخدم ليزر الألياف بشكل رئيسي في مجال معالجة الماكرو بسبب طاقة الناتج العالية (تشير معالجة الماكرو بالليزر عمومًا إلى معالجة حجم وشكل كائن المعالجة مع تأثير شعاع الليزر على كائن المعالجة داخل نطاق ملليمتر ) ؛ تستخدم أشعة الليزر الصلبة على نطاق واسع في مجال المعالجة الصغيرة بسبب مزاياها مثل الطول الموجي القصير ، وعرض النبض الضيق ، وقوة الذروة العالية (تشير المعالجة الدقيقة عمومًا إلى معالجة الحجم والشكل مع دقة الوصول إلى الميكرومتر أو حتى مستوى النانومتر ) ، مما أدى إلى اختلافات معينة بين مستخدمي الليزر الصلبة وألياف الليزر.
بشكل عام ، لدى الليزر الصلب وأشعة الليزر الألياف حقول تطبيقات مختلفة ويحتوي كل منها على حقل تطبيق خاص به. لا توجد منافسة مباشرة بين الاثنين في معظم الحقول. في مجال معالجة المواد المعدنية التي تتداخل مع مجال المعالجة الصغيرة ، عندما يصل المعدن إلى سماكة معينة ، يتبنى هذا الحقل عمومًا الطرق التقليدية أو ليزر الألياف لأسباب التكلفة. يتم استخدام الليزر الصلب فقط في المشاهد ذات سمك معدني رفيع أو متطلبات معالجة عالية وغير حساسة للتكلفة. بالإضافة إلى ذلك ، تتداخل المنافسة بين الاثنين. تستخدم الليزر الصلبة بشكل أساسي لمعالجة المواد غير المعدنية (الزجاج والسيراميك والمواد البلاستيكية والبوليمرات والتعبئة والتغليف والمواد الهشة الأخرى ، وما إلى ذلك) ، وفي مجال المواد المعدنية ، يتم استخدامها في مشاهد ذات متطلبات دقة عالية و غير حساس نسبيا للتكلفة.
