Dalam teknologi laser yang berubah dengan cepat saat ini, laser solid-state dan laser serat sebagai dua produk laser arus utama, masing-masing dalam produksi industri, penelitian ilmiah, aplikasi militer dan bidang lain untuk menunjukkan pesona dan keunggulan yang unik.
Pertama, prinsip teknis dan perbedaan kinerja
① Dapatkan media
Laser serat (laser serat) digunakan sebagai medium penguatan serat gelas yang didoping elemen tanah. Di bawah aksi cahaya pompa, kepadatan daya tinggi terbentuk dalam serat, menghasilkan pembalikan jumlah partikel dalam tingkat energi laser, dan menghasilkan osilasi laser melalui loop umpan balik positif dari rongga resonansi. Laser serat kompak, tidak memerlukan sistem pendingin yang kompleks, dan fleksibilitas serat membuatnya lebih menguntungkan dalam aplikasi pemrosesan spasial multi-dimensi.
Di jantung laser serat adalah serat optik, gelas yang fleksibel, kaca tipis atau filamen plastik yang dikenal karena kemampuannya untuk mengarahkan cahaya pada jarak jauh dengan kehilangan minimal. Serat ini bertindak sebagai media penguatan aktif untuk laser dan merupakan pusat operasinya. Namun, tidak seperti gelas atau serat plastik yang digunakan dalam telekomunikasi, serat pada laser serat didoping dengan elemen tanah jarang seperti Erbium atau Ytterbium. Doping ini memperkenalkan status energi yang diperlukan agar laser beroperasi, memungkinkan serat tidak hanya mengarahkan cahaya, tetapi juga memperkuatnya.
Laser solid-state (SSL) berpusat pada media penguatan uniknya, bahan padat, dan biasanya terdiri dari empat komponen utama: media penguatan, sistem pendingin, rongga resonansi optik, dan sumber pompa. Medium penguatan, seperti ruby (cr: al₂o₃) atau neodymium-doped yttrium-aluminium garnet (nd: yag), adalah jiwa dari laser solid-state, dan ion aktivasi yang didoping di dalamnya (misalnya, nd³⁺) digunakan untuk membalikkan jumlah partikel dalam lampu pompa untuk menghasilkan las. Sistem pendingin bertanggung jawab untuk menghilangkan panas yang terakumulasi di dalam media penguatan karena pembuatan laser dan memastikan pengoperasian laser yang stabil. Rongga resonator optik menciptakan osilasi terus menerus melalui umpan balik positif foton untuk menghasilkan balok laser yang sangat monokromatik dan sangat directional.
② Performa dan Efisiensi
Laser serat dikenal karena efisiensi listriknya yang sangat baik, berkat sifat kabel serat optik yang melakukan cahaya dengan kehilangan minimal. Fitur ini memungkinkan laser serat menjadi sangat hemat energi, seringkali mencapai efisiensi lebih dari 30%.
Laser solid-state biasanya kurang efisien, yang dapat dikaitkan dengan kerugian yang lebih tinggi dari media gain yang lebih besar dan kebutuhan akan lampu intensitas tinggi untuk dipompa.
Kualitas balok: Secara langsung mempengaruhi efektivitas laser dalam aplikasi presisi.
Operasi mode tunggal laser serat memberikan kualitas balok yang sangat tinggi, ditandai dengan fokus yang ketat dan divergensi minimal.
Laser solid-state, sementara mampu memberikan balok berkualitas tinggi, sering berjuang 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 yang membuatnya cocok untuk aplikasi daya tinggi. Laser solid-state dapat dirancang untuk menghasilkan tingkat daya yang sangat tinggi dengan meningkatkan ukuran medium penguatan dan daya pompa, yang tidak begitu sederhana untuk laser serat karena ukuran serat dan keterbatasan disipasi panas.
④ Stabilitas
Laser serat sangat stabil. Struktur seratnya tidak peka terhadap perubahan lingkungan (misalnya, suhu, kelembaban, getaran, dll.), Dan mampu mempertahankan kondisi kerja yang stabil di lingkungan yang lebih keras. Pada saat yang sama, laser serat dianggap lebih tahan lama dan mudah beradaptasi dengan perubahan lingkungan karena mereka memiliki struktur keadaan padat dan tidak mengandung komponen optik ruang bebas.
Laser solid-state relatif tidak stabil, dan perubahan faktor lingkungan mungkin memiliki dampak yang lebih besar pada kinerjanya.
⑤ Kinerja disipasi pemanasan
Laser serat memiliki kinerja disipasi panas yang sangat baik. Media penguatannya adalah serat optik, yang memiliki rasio luas permukaan terhadap volume, dan panas dapat dipancarkan dengan cepat, sehingga dapat bekerja secara stabil untuk waktu yang lama dan tahan output daya tinggi.
Laser solid-state relatif sulit untuk menghilangkan panas dan rentan terhadap masalah efek termal selama operasi daya tinggi, mempengaruhi kinerja dan umur laser.
Biaya Ukuran dan Pemeliharaan
Laser serat sangat kompak dan membutuhkan sedikit perawatan. Ukuran kecil serat dan tidak adanya cermin eksternal sangat mengurangi masalah penyelarasan yang terkait dengan laser solid-state. Selain itu, kemampuan serat yang sangat baik untuk menghilangkan panas sering menghilangkan kebutuhan untuk pendinginan aktif, lebih lanjut mengurangi persyaratan perawatan. Juga, laser serat biasanya 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 operasi mereka dan membutuhkan pemeriksaan dan penyesuaian berkala, yang meningkatkan upaya pemeliharaan. Selain itu, laser solid-state biasanya membutuhkan pendinginan aktif untuk mengelola panas yang dihasilkan dalam media penguatan, yang tidak hanya menambah kompleksitas sistem, tetapi juga meningkatkan persyaratan pemeliharaan. Laser solid-state cenderung lebih besar dari laser serat. Kebutuhan akan cermin perantara dan eksternal yang besar meningkatkan ukuran dan beratnya, membatasi kesesuaiannya untuk aplikasi yang dibatasi ruang.
Kedua, area aplikasi
Laser serat bersinar di bidang pemotongan dan pengelasan industri dengan kekuatan tinggi, kualitas balok tinggi, disipasi panas yang baik dan stabilitas. Laser serat sangat cocok untuk pemotongan dan pengelasan pelat tebal bahan logam, dan efisiensi konversi elektro-optik yang tinggi dan desain bebas penyesuaian, bebas perawatan sangat mengurangi biaya penggunaan dan kesulitan pemeliharaan. Pada saat yang sama, toleransi tinggi laser serat untuk lingkungan kerja yang keras, seperti debu, getaran, kelembaban, dll., Juga membuatnya berkinerja baik di semua jenis situs industri. Laser kontinu memiliki tingkat penetrasi yang tinggi di bidang pemrosesan makro, di mana mereka secara bertahap mengganti metode pemrosesan tradisional.
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 (mis. Hijau, UV). Dalam proses seperti penandaan, pemotongan, pengeboran dan pengelasan bahan logam/non-logam, laser keadaan padat dapat mencapai presisi pemrosesan yang lebih tinggi dan penerapan material yang lebih luas. Khususnya dalam pengelasan presisi tinggi dari bahan non-logam dan pencetakan 3D yang menenangkan cahaya, laser solid-state telah menjadi peralatan pilihan berdasarkan laser panjang gelombang pendek mereka dengan efek termal kecil dan presisi pemrosesan yang tinggi. Laser keadaan padat terutama digunakan di bidang presisi micromachining bahan non-logam dan bahan logam tipis, rapuh dan lainnya berdasarkan panjang gelombang pendek mereka (ultraviolet, ultraviolet dalam), lebar pulsa pendek (picoseconds, femtoseconds) dan daya puncak tinggi. Selain itu, laser solid-state banyak digunakan dalam penelitian ilmiah mutakhir di bidang lingkungan, medis, dan militer.
Ketiga, pangsa pasar
China sedang dalam proses transformasi dan peningkatan industri manufaktur dari manufaktur kelas bawah ke manufaktur kelas atas, proporsi manufaktur kelas bawah tinggi, dan pasar pemrosesan makro mencakup manufaktur kelas bawah dan bagian dari manufaktur kelas atas, dan permintaan pasar besar, oleh karena itu, kapasitas pasar laser serat besar.
Medium domestik dan rendahnya tingkat pelokalan laser serat daya tinggi, produsen produksi skala domestik. Menurut "Laporan Pengembangan Industri Laser China" menunjukkan bahwa laser serat berdaya rendah telah sepenuhnya mewujudkan substitusi domestik; Laser serat kontinu daya menengah, kualitas domestik dan tidak ada kerugian yang jelas, keuntungan harga jelas, pangsa pasar setara; Laser serat kontinu daya tinggi, merek domestik telah mencapai beberapa penjualan.
Adapun laser solid-state, karena keterlambatan pengembangan domestik, tidak ada perusahaan terdaftar dengan produk ini sebagai bisnis utama, umumnya membeli merek asing.
Laser serat terutama digunakan di bidang pemrosesan makro berdasarkan kekuatan output tinggi mereka (pemrosesan makro laser umumnya mengacu pada pemrosesan dimensi dan bentuk di mana sinar laser mempengaruhi objek pemrosesan dalam kisaran milimeter); Laser solid-state banyak digunakan di bidang mikroproses (mikroproses umumnya mengacu pada pemrosesan dimensi dan bentuk di mana presisi mencapai mikrometer atau bahkan tingkat nanometer) berdasarkan panjang gelombang pendek mereka, lebar pulsa yang sempit, daya puncak tinggi, dan beberapa keunggulan lainnya, pengguna lereng solid-nabati mereka.
Secara umum, laser padat dan laser serat memiliki area aplikasi sendiri. Keduanya tidak memiliki persaingan langsung di sebagian besar bidang, di bidang micromachining tumpang tindih di bidang pemrosesan bahan logam, di logam hingga ketebalan tertentu karena alasan biaya bidang umumnya menggunakan cara tradisional atau laser serat, hanya dalam ketebalan logam dari las tipis atau pemrosesan persyaratan pemandangan tidak sensitif terhadap biaya penggunaan las-solid. Selain itu, tingkat persaingan antara dua tumpang tindih adalah laser solid-state rendah terutama digunakan dalam pemrosesan bahan non-logam (kaca, keramik, plastik, polimer, kemasan, bahan rapuh lainnya, dll.), Dan di bidang bahan logam digunakan dalam skenario yang membutuhkan presisi tinggi dan relatif tidak sensitif terhadap biaya.
