בטכנולוגיית הלייזר המשתנה במהירות של ימינו, לייזרים של מצב מוצק ולייזרי סיבים כשני מוצרי הלייזר המיינסטרים, כל אחד בייצור תעשייתי, מחקר מדעי, יישומים צבאיים ואזורים אחרים כדי להראות את הקסם והיתרונות הייחודיים.
ראשית, העיקרון הטכני והבדלי הביצועים
① הרוויח בינוני
לייזר סיבים (לייזר סיבים) משמש כאלמנט אדמה נדיר מסומם סיבי סיבי סיבי רווח. בפעולה של אור המשאבה נוצרת צפיפות הספק גבוהה בסיב, וכתוצאה מכך היפוך מספר החלקיקים ברמת האנרגיה בלייזר, ולייצר תנודות לייזר דרך לולאת המשוב החיובית של חלל התהודה. לייזרי סיבים הם קומפקטיים, אינם דורשים מערכות קירור מורכבות, והגמישות של הסיב הופכת אותו ליתרון יותר ביישומי עיבוד מרחבי רב ממדי.
בלב לייזר סיבים נמצא הסיב האופטי, נימה גמישה, זכוכית דקה לשיער או נימה פלסטיק הידועה ביכולתו לכוון אור על פני מרחקים ארוכים עם אובדן מינימלי. סיב זה פועל כמדיום הרווח הפעיל עבור הלייזר והוא מרכזי בפעולתו. עם זאת, בניגוד לסיבי זכוכית או פלסטיק לא מסודרים המשמשים בתקשורת, הסיבים בלייזרים סיבים מסוממים באלמנטים אדמה נדירים כמו ארביום או ytterbium. סמים זה מציג את מצבי האנרגיה הנחוצים כדי שהלייזר יפעל, ומאפשר לסיבים לא רק לאור ישיר, אלא גם להגביר אותו.
לייזרים במצב מוצק (SSLS) מרוכזים במדיום הרווח הייחודי שלהם, חומר מוצק, ובדרך כלל מורכבים מארבעה רכיבים עיקריים: מדיום הרווח, מערכת הקירור, חלל התהודה האופטי ומקור המשאבה. אמצעי הרווח, כמו רובי (Cr: al₂o₃) או גראנט yttrium-aluminum מסומם Neodymium (ND: YAG), הוא הנשמה של הלייזר במצב מוצק, ויוני ההפעלה המסוממים בתוכו (למשל, ND³⁺) משמשים כדי להפוך את מספר החלקיקים באור המשאבה לאור הדלק. מערכת הקירור אחראית על הסרת החום שנצבר בתוך מדיום הרווח עקב ייצור לייזר והבטחת פעולה יציבה של הלייזר. חלל התהודה האופטי יוצר תנודה מתמשכת דרך המשוב החיובי של פוטונים כדי להפיק קרן לייזר מונוכרומטית וכיוונית ביותר.
② ביצועים ויעילות
לייזרי סיבים ידועים ביעילות החשמל המצוינת שלהם, בזכות אופי כבלי הסיבים האופטיים המובילים אור עם אובדן מינימלי. תכונה זו מאפשרת לייזרי סיבים להיות חסכוניים באנרגיה להפליא, ולעתים קרובות משיגים יעילות העולה על 30%.
לייזרים במצב מוצק הם בדרך כלל יעילים פחות, אותם ניתן לייחס להפסדים הגבוהים יותר של אמצעי התקשורת שלהם בעלייה יותר והצורך במנורות בעוצמה גבוהה לשאיבה.
איכות קרן: משפיעה ישירות על יעילותו של הלייזר ביישומי דיוק.
פעולת המצב היחיד של לייזרי סיבים מספקת איכות קרן גבוהה להפליא, המאופיינת במיקוד הדוק וסטייה מינימלית.
לייזרים במצב מוצק, בעודם מסוגלים לספק קורות באיכות גבוהה, נאבקים לעתים קרובות כדי להתאים לאיכות הקורה של לייזרי סיבים, במיוחד ברמות כוח גבוהות יותר.
למרות היעילות הנמוכה שלהם ואיכות הקורה, לייזרים במצב מוצק אינם ללא היתרונות שלהם. יש להם יכולות קנה מידה חזקות של חשמל שהופכות אותם למתאימים היטב ליישומי חשמל גבוהים. ניתן לתכנן לייזרים במצב מוצק כדי לייצר רמות הספק גבוהות להפליא על ידי הגדלת גודל המדיום הרווח וכוח המשאבה, וזה לא כל כך פשוט עבור לייזרי סיבים בגלל גודל הסיבים ומגבלות פיזור החום.
④ יציבות
לייזרי סיבים יציבים ביותר. מבנה הסיבים שלו אינו רגיש לשינויים בסביבה (למשל, טמפרטורה, לחות, רטט וכו '), והוא מסוגל לשמור על מצב עבודה יציב בסביבות קשות יותר. במקביל, לייזרי סיבים נחשבים לעמידים יותר וניתנים להתאמה לשינויים סביבתיים מכיוון שיש להם מבנה במצב מוצק ואינם מכילים רכיבים אופטיים בחלל חופשי.
לייזרים במצב מוצק אינם יציבים יחסית, ושינויים בגורמים סביבתיים עשויים להשפיע יותר על ביצועיהם.
ביצועי התפוגגות מחממים
לייזרי סיבים יש ביצועי פיזור חום מעולים. מדיום הרווח שלו הוא סיבים אופטיים, שיש להם יחס שטח גדול לנפח, וניתן לפלט את החום במהירות, כך שהוא יכול לעבוד יציב במשך זמן רב ולעמוד בתפוקת הספק גבוהה.
לייזרים במצב מוצק קשה יחסית לפיזור החום ומועדים לבעיות באפקט תרמי במהלך פעולת כוח גבוהה, המשפיעים על ביצועי הלייזר וחייו.
⑥ עלויות גודל ותחזוקה
לייזרי סיבים הם קומפקטיים מאוד ודורשים תחזוקה מועטה. הגודל הקטן של הסיב והיעדר מראות חיצוניות מפחיתות מאוד את בעיות היישור הקשורות ללייזרים במצב מוצק. בנוסף, היכולת המצוינת של הסיבים להתפוגג חום מבטלת לרוב את הצורך בקירור פעיל, מה שמפחית עוד יותר את דרישות התחזוקה. כמו כן, בדרך כלל לייזרי סיבים בטוחים יותר לפעול מכיוון שהלייזר מוגבל בתוך הסיבים, ומפחית את הסיכון לחשיפה מקרית.
יישור המראות בלייזרים במצב מוצק הוא קריטי להפעלתם ומחייב בדיקה והתאמה תקופתית, מה שמגדיל את מאמצי התחזוקה. בנוסף, לייזרים במצב מוצק בדרך כלל דורשים קירור פעיל כדי לנהל את החום שנוצר במדיום הרווח, מה שלא רק מוסיף למורכבות המערכת, אלא גם מגדיל את דרישות התחזוקה. לייזרים במצב מוצק נוטים להיות גדולים יותר מלייזרי סיבים. הצורך במראות גדולות בעלות ביניים וחיצוניות מגדיל את גודלם ומשקלם, ומגביל את התאמתן ליישומים מוגבלים בשטח.
שנית, אזורי יישום
לייזרי סיבים זורחים בשדה חיתוך וריתוך תעשייתי עם כוחם הגבוה, איכות קרן גבוהה, פיזור חום טוב ויציבות. לייזרי סיבים מתאימים במיוחד לחיתוך וריתוך של צלחות עבות של חומרי מתכת, ויעילות ההמרה האלקטרו-אופטית הגבוהה שלהם ועיצוב ללא התאמה, ללא תחזוקה, מפחיתים מאוד את עלות קשיי השימוש והתחזוקה. יחד עם זאת, הסובלנות הגבוהה של לייזר הסיבים לסביבות עבודה קשות, כמו אבק, רטט, לחות וכו ', גורמת לו גם הם להתפקד היטב בכל מיני אתרים תעשייתיים. לייזרים רציפים יש מידה גבוהה של חדירה בתחום עיבוד מקרו, שם הם החליפו בהדרגה את שיטות העיבוד המסורתיות.
לייזרי מצב מוצק הם ייחודיים בתחום הדיוק האולטרה-דיוק ועיבוד אולטרה-מיקרו עם כוח השיא הגבוה שלהם, אנרגיית הדופק הגדולה ותפוקת הלייזר הקצר באורך גל (למשל ירוק, UV). בתהליכים כמו סימון, חיתוך, קידוח וריתוך של חומרים מתכתיים/לא מתכתיים, לייזרים של מצב מוצק מסוגלים להשיג דיוק עיבוד גבוה יותר ויישום חומרי רחב יותר. במיוחד בריתוך דיוק גבוה של חומרים לא מתכתיים והדפסת תלת מימד לריפוי קל, לייזרים במצב מוצק הפכו לציוד שבחרת מכוח הלייזרים שלהם באורך הגל הקצר עם השפעות תרמיות קטנות ודיוק עיבוד גבוה. לייזרים של מצב מוצק משמשים בעיקר בתחום מיקרו-מכון מיקרו-דיוק של חומרים לא מתכתיים וחומרים דקים, שבורים ואחרים מתכתיים, מכוח אורכי הגל הקצרים שלהם (אולטרה סגול, אולטרה סגול עמוקים), רוחב דופק קצר (פיקוסקונט, פנקוסקונט) וכוח שיא גבוה. בנוסף, לייזרים במצב מוצק נמצאים בשימוש נרחב במחקר מדעי מתקדמים בתחומים סביבתיים, רפואיים וצבאיים.
שלישית, נתח שוק
סין נמצאת בתהליך של טרנספורמציה ושדרוג של ענף הייצור מייצור נמוך לייצור מתקדמת, שיעור הייצור הנמוך הוא גבוה, והשוק לעיבוד מאקרו מכסה הן ייצור נמוך והן חלק מייצור מתקדמת, והביקוש בשוק גדול, ולכן יכולת השוק של לייזרי סיבים היא גדולה.
תואר לוקליזציה מקומי בינונית ונמוכה של סיבי סיבי סיבים הוא יצרני ייצור בקנה מידה מקומי. על פי "דו"ח פיתוח ענף הלייזר של סין" מראה כי לייזר הסיבים הנמוכים הבין באופן מלא החלפה מקומית; לייזר סיבים רציף בינוני-כוח, האיכות המקומית וחיסרון ברור מאליו, יתרון המחיר ברור מאליו, נתח השוק שווה; מותגים מקומיים, לייזר סיבים רציף בעל עוצמה גבוהה, השיגו מכירות מסוימות.
באשר ללייזרים במצב מוצק, עקב פיתוח מאוחר של המקומי, אין חברות רשומות עם מוצר זה כעסק העיקרי, קונים בדרך כלל מותגים זרים.
לייזרי סיבים משמשים בעיקר בתחום עיבוד מקרו מכוח כוח התפוקה הגבוה שלהם (עיבוד מקרו לייזר מתייחס בדרך כלל לעיבוד הממדים והצורות שבהם קרן הלייזר משפיעה על אובייקט העיבוד בטווח המילימטרים); לייזרים במצב מוצק נמצאים בשימוש נרחב בתחום העיבוד המיקרו-עיבוד (עיבוד מיקרו-בדרך כלל מתייחס בדרך כלל לעיבוד הממדים והצורות שבהם הדיוק מגיע למיקרומטר או אפילו לרמת ננומטר) מכוח אורכי הגל הקצרים שלהם, רוחב דופק צרים, כוח שיא גבוה ומועיל למשתמשים במשתמשים עם רצועות סיבים מסוימים.
באופן כללי, לייזרים מוצקים ולייזרי סיבים יש אזורי יישום משלהם. לשניים אין תחרות ישירה ברוב השדות, בתחום החפיפה של מיקרו-מכון בתחום עיבוד חומרי המתכת, במתכת לעובי מסוים של המקרה מסיבות עלות השדה בדרך כלל משתמש בדרך המסורתית או בלייזרים של סיבים, רק בעובי המתכת של הדק או לעיבוד הדרישות של הסצנה איננו רגישים לעלות השימוש במוצרי המוצק. בנוסף, מידת התחרות בין שני החפיפה היא נמוכה, לייזרים במצב מוצק משמשים בעיקר לעיבוד חומרים לא מתכתיים (זכוכית, קרמיקה, פלסטיק, פולימרים, אריזה, חומרים שבירים אחרים וכו '), ובתחום חומרי מתכת משמשים בתרחישים הדורשים דיוק גבוה והם יחסית רגישים לעלות.
