Vláknové lasery versus polovodičové-lasery: Rozdíly a výhody

1. Technické principy a výkonnostní rozdíly

① Střední zisk

Vláknové lasery používají jako zesilovací médium -skleněná vlákna s příměsí vzácných zemin. Působením světla pumpy se ve vláknu vytvoří vysoká hustota výkonu, což má za následek inverzi hladiny laserové energie a oscilaci laseru přes kladnou zpětnovazební smyčku rezonanční dutiny. Vláknové lasery jsou kompaktní a nevyžadují složitý chladicí systém a díky flexibilitě vlákna jsou výhodnější v aplikacích pro zpracování vícerozměrného prostoru.

Jádrem vláknového laseru je optické vlákno, ohebné, jako vlas{0}}tenké skleněné nebo plastové vlákno známé svou schopností vést světlo na velké vzdálenosti s minimálními ztrátami. Vlákno funguje jako médium aktivního zisku laseru a je jádrem činnosti laseru. Avšak na rozdíl od nedopovaných skleněných nebo plastových vláken používaných v telekomunikacích je optické vlákno ve vláknovém laseru dotováno prvky vzácných zemin, jako je erbium nebo ytterbium. Toto dopování zavádí energetický stav potřebný pro provoz laseru, což umožňuje vláknu nejen vést světlo, ale také ho zesilovat.

Solid{0}}laser (SSL) je zaměřen na své jedinečné médium pro zesílení, pevný materiál a obvykle se skládá ze čtyř částí: médium pro zesílení, chladicí systém, optická rezonanční dutina a zdroj čerpadla. Zesilovací médium, jako je rubín (Cr:Al₂O₃) nebo neodym -dotovaný ytrium-hliníkový granát (Nd:YAG), je duší pevnolátkového laseru. Aktivované ionty (jako je Nd3⁺) dopované uvnitř dosahují inverze populace působením světla pumpy, čímž generují laserové světlo. Chladicí systém je zodpovědný za odstranění tepla nahromaděného uvnitř zesilovacího média v důsledku generování laseru, aby byl zajištěn stabilní provoz laseru. Optický rezonátor vytváří nepřetržité oscilace prostřednictvím pozitivní zpětné vazby fotonů a vydává vysoce monochromatický a vysoce směrový laserový paprsek.

② Výkon a účinnost

Vláknové lasery jsou známé svou vynikající elektrickou účinností díky povaze optických kabelů, které mohou vést světlo s minimálními ztrátami. Díky této vlastnosti jsou vláknové lasery neuvěřitelně energeticky účinné a často dosahují účinnosti vyšší než 30 %. Pevné-lasery jsou obecně méně účinné, pravděpodobně kvůli vyšším ztrátám jejich média s větším ziskem a potřebě vysoce-výbojek pro čerpání.

③ Kvalita paprsku: přímo ovlivňuje účinnost laserů v přesných aplikacích

Jedno{0}}režim provozu vláknových laserů může poskytnout neuvěřitelně vysokou kvalitu paprsku, která se vyznačuje pevným zaostřením a minimální divergenci. Pevné-lasery, ačkoli jsou schopny poskytovat vysoce kvalitní paprsky, je často obtížné vyrovnat se kvalitě paprsku vláknových laserů, zejména při vyšších úrovních výkonu. Navzdory nižší účinnosti a kvalitě paprsku nejsou pevnolátkové-lasery bez výhod. Mají výkonné možnosti škálování výkonu a jsou vhodné pro aplikace s vysokým-výkonem. Pevné-lasery mohou být navrženy tak, aby produkovaly neuvěřitelně vysoké úrovně výkonu zvýšením velikosti zesilovacího média a výkonu pumpy, což u vláknových laserů není tak jednoduché kvůli omezení velikosti vlákna a rozptylu tepla.

④ Stabilita

Vláknové lasery mají vysokou stabilitu. Jejich struktura vláken je necitlivá na změny prostředí (jako je teplota, vlhkost, vibrace atd.) a dokáže udržet stabilní pracovní podmínky v drsném prostředí. Vláknové lasery jsou zároveň pevné-struktury a neobsahují-optické součásti ve volném prostoru, takže jsou považovány za odolnější a přizpůsobivější změnám prostředí.

Pevné-lasery mají relativně špatnou stabilitu a změny faktorů prostředí mohou mít větší dopad na jejich výkon.

⑤ Výkon odvádění tepla

Vláknové lasery mají vynikající výkon při odvodu tepla. Jeho ziskovým médiem je optické vlákno, které má velký poměr povrchu k objemu a teplo se může rychle odvádět, takže může pracovat stabilně po dlouhou dobu a snese vysoký výkon.

Pevné-lasery poměrně obtížně odvádějí teplo a jsou náchylné k tepelným účinkům při provozu s vysokým výkonem, což ovlivňuje výkon a životnost laseru.

⑥ Velikost a náklady na údržbu

Vláknové lasery jsou velmi kompaktní a nevyžadují téměř žádnou údržbu. Malá velikost vlákna a absence vnějších zrcadel výrazně snižují problémy se zarovnáním, které jsou spojeny s pevnolátkovými-lasery. Navíc vynikající schopnosti vlákna odvádět teplo obvykle nevyžadují aktivní chlazení, což dále snižuje nároky na údržbu. Současně je provoz vláknových laserů obecně bezpečnější, protože laser je uzavřen uvnitř vlákna, což snižuje riziko náhodného vystavení.

Vyrovnání zrcadel u pevnolátkových laserů-je pro jejich provoz zásadní a vyžaduje pravidelnou kontrolu a seřizování, což zvyšuje pracovní zátěž údržby. Pevné-lasery navíc obvykle vyžadují aktivní chlazení, aby zvládly teplo generované v ziskovém médiu, což nejen zvyšuje složitost systému, ale také zvyšuje požadavky na údržbu. Pevné-lasery bývají větší než vláknové lasery. Potřeba velkých ziskových zrcadel a vnějších zrcadel zvyšuje jejich velikost a hmotnost, což omezuje jejich použitelnost v aplikacích s omezeným prostorem.

2. Oblasti použití

Vláknové lasery vynikají v oblasti průmyslového řezání a svařování svým vysokým výkonem, vysokou kvalitou paprsku, dobrým odvodem tepla a stabilitou. Vláknové lasery jsou zvláště vhodné pro řezání tlustých plechů a svařování kovových materiálů. Jejich vysoká elektro-výkonnost optické konverze a přizpůsobení-bezúdržbové-provedení výrazně snižují náklady na používání a obtížnost údržby. Současně vysoká tolerance vláknových laserů vůči drsným pracovním prostředím, jako je prach, vibrace, vlhkost atd., je také činí dobře v různých průmyslových provozech. Kontinuální lasery mají vysoký stupeň penetrace v oblasti makro zpracování a postupně nahradily tradiční metody zpracování v této oblasti.

Solid-state lasers are unique in the field of ultra-precision and ultra-micro processing with their high peak power, large pulse energy and short-wavelength laser output (such as green light and ultraviolet light). In processes such as metal/non-metal material marking, cutting, drilling and welding, solid-state lasers can achieve higher processing accuracy and wider material applicability. Especially in high-precision welding and light-curing 3D printing of non-metallic materials, solid-state lasers have become the preferred equipment due to their short-wavelength lasers with small thermal effects and high processing accuracy. Solid-state lasers are mainly used in the field of precision micro-machining of non-metallic materials and thin, brittle and other metal materials due to their short wavelength (ultraviolet, deep ultraviolet), short pulse width (picosecond, femtosecond) and high peak power. In addition, solid-state lasers are widely used in cutting-edge scientific research in the fields of environment, medicine, military and so on.

3. Podíl na trhu

Naše země prochází procesem transformace a modernizace výroby z nižší-náročnosti na špičkovou{1}}výrobu. Nízká-výroba představuje vysoký podíl. Makro-trh zpracování pokrývá jak nižší-náročnost, tak část špičkové-výroby. Poptávka na trhu je velká. Proto je tržní kapacita vláknových laserů poměrně velká.

Domácí vláknové lasery s nízkým{0}}výkonem jsou vysoce lokalizované a existuje mnoho velkých-domácích výrobců. Podle „China Laser Industry Development Report“ byly nízkovýkonové vláknové lasery plně nahrazeny domácími produkty; pokud jde o středně-výkonné kontinuální vláknové lasery, domácí kvalita nemá žádné zjevné nevýhody, cenová výhoda je zřejmá a podíl na trhu je ekvivalentní; pokud jde o vysokovýkonné kontinuální vláknové lasery, domácí značky dosáhly částečného prodeje.

Co se týče pevných laserů, vzhledem k pozdnímu vývoji v Číně v současnosti nejsou kótované společnosti s tímto produktem jako hlavní činností a většinou nakupují zahraniční značky.

Vláknové lasery se pro svůj vysoký výstupní výkon používají především v oblasti makrozpracování (laserové makrozpracování obecně označuje zpracování velikosti a tvaru zpracovávaného objektu s vlivem laserového paprsku na milimetrovou úroveň); pevné lasery jsou široce používány v oblasti mikro zpracování díky svým výhodám, jako je krátká vlnová délka, úzká šířka pulsu a vysoký špičkový výkon (mikrozpracování obecně označuje zpracování velikosti a tvaru s přesností dosahující úrovně mikrometrů nebo dokonce nanometrů), což má za následek určité rozdíly mezi uživateli pevných laserů a vláknových laserů.

Obecně platí, že pevné lasery a vláknové lasery mají svá vlastní aplikační pole. Ve většině oborů mezi nimi neexistuje žádná přímá konkurence. V oblasti zpracování kovových materiálů, které se překrývá s oblastí mikrozpracování, když kov dosáhne určité tloušťky, tato oblast obecně přijímá tradiční metody nebo vláknové lasery z důvodu nákladů. Pevné lasery se používají pouze ve scénách s tenkou tloušťkou kovu nebo vysokými požadavky na zpracování a necitlivé na cenu. Konkurenční překrývání mezi těmito dvěma je navíc nízké. Pevné lasery se používají hlavně pro zpracování nekovových materiálů (sklo, keramika, plasty, polymery, obaly, jiné křehké materiály atd.) a v oblasti kovových materiálů se používají ve scénách s vysokými požadavky na přesnost a relativně necitlivými na cenu.

Pokud se chcete dozvědět více o laserovém svařování nebo si chcete koupit nejlepší laserový svařovací stroj pro vás, zanechte zprávu na našich webových stránkách a napište nám přímo!

Kontaktujte nás:

Laser Rayther