ليزر الألياف مقابل ليزر الحالة الصلبة

في عصر اليوم من التطور السريع لتكنولوجيا الليزر ، أظهر كل من ليزر الحالة الصلبة وألياف الألياف ، حيث أن المنتجين الرئيسيين الرئيسيين للليزر ، كل منهما سحرها ومزاياها الفريدة في العديد من المجالات مثل الإنتاج الصناعي والبحث العلمي والتطبيقات العسكرية.

1. المبادئ الفنية واختلافات الأداء

1.1 كسب متوسط

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 وتذبذب 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 حالة الطاقة اللازمة لتشغيل الليزر ، مما يسمح للألياف ليس فقط بتوجيه الضوء ولكن أيضًا تضخيمها. يتركز ليزر الحالة الصلبة (SSL) على متوسطة مكاسب فريدة من نوعها ، وعادة ما تتكون من أربعة أجزاء: الكسب المتوسطة ، ونظام التبريد ، وتجويف الرنين البصري ، ومصدر المضخة. إن الوسيط الكسب ، مثل Ruby (CR: al₂o₃) أو العقيق الألومنيوم من ألومنيوم النيوديميوم (ND: YAG) ، هو روح ليزر الحالة الصلبة. إن الأيونات المنشطة (مثل ND⁺⁺) مخدر داخلها تحقق انعكاسًا من السكان تحت عمل مضخة ضوء ، وبالتالي توليد ضوء الليزر. نظام التبريد مسؤول عن إزالة الحرارة المتراكمة داخل وسط الكسب بسبب توليد الليزر لضمان تشغيل الليزر. يشكل المرنان البصري تذبذبات مستمرة من خلال ردود فعل إيجابية من الفوتونات ، مما يخرج حزمة ليزر أحادية اللون عالية واتجاهية للغاية.

1.2 تشتهر الليزر الأداء والكفاءة بألياف الألياف بكفاءتها الكهربائية الممتازة ، وذلك بفضل طبيعة كابلات الألياف البصرية ، والتي يمكن أن تسيطر على الحد الأدنى من الخسارة. تجعل هذه الميزة أشعة الليزر الألياف بشكل لا يصدق ، وغالبًا ما تحقق كفاءة تزيد عن 30 ٪. تكون الليزر في الحالة الصلبة أقل كفاءة بشكل عام ، وربما بسبب الخسائر العالية لوسائط مكاسبها الأكبر والحاجة إلى مصابيح عالية الكثافة للضخ.

1.3 جودة الحزمة: تؤثر بشكل مباشر على فعالية الليزر في التطبيقات الدقيقة التي يمكن أن توفر تشغيلها أحادي الوضع لليزر الألياف جودة عالية بشكل لا يصدق ، وتتميز بالتركيز الدقيق والحد الأدنى من الاختلاف. غالبًا ما يصعب مطابقة ليزر الحالة الصلبة ، على الرغم من قدرته على توفير عوارض عالية الجودة ، مع جودة شعاع الليزر الألياف ، وخاصة في مستويات الطاقة الأعلى. على الرغم من انخفاض كفاءتها وجودة شعاعها ، فإن ليزر الحالة الصلبة لا تخلو من مزاياها. لديهم إمكانيات قوية لتوسيع نطاق الطاقة وهي مناسبة تمامًا 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.

1.4 استقرار ليزر الألياف لديها ثبات عالية. بنية الألياف الخاصة بهم غير حساسة للتغيرات البيئية (مثل درجة الحرارة والرطوبة والاهتزاز ، وما إلى ذلك) ويمكنها الحفاظ على ظروف عمل مستقرة في البيئات القاسية. في الوقت نفسه ، تعتبر أشعة الليزر الألياف أكثر متانة وقابلة للتكيف مع التغييرات البيئية لأنها تستخدم بنية الحالة الصلبة ولا تحتوي على مكونات ضوئية مساحة حرة. يتمتع ليزر الحالة الصلبة بالاستقرار السيئ نسبيًا ، وقد يكون للتغيرات في العوامل البيئية تأثير أكبر على أدائها.

1.5 ليزر ألياف تبديد الحرارة لها أداء ممتاز تبديد الحرارة. وسط مكاسبها هي الألياف الضوئية ، التي لها نسبة سطح كبيرة إلى حجم ، ويمكن تبديد الحرارة بسرعة ، بحيث يمكن أن تعمل بشكل ثابت لفترة طويلة ويمكن أن تصمد أمام إنتاج الطاقة العالية. من الصعب نسبيًا تبديد الليزر في الحالة الصلبة ، وتكون عرضة للتأثيرات الحرارية عند العمل بقوة عالية ، مما يؤثر على أداء وحياة الليزر.

1.6 تكاليف الحجم والصيانة ليزر الألياف مضغوطة للغاية ولا تتطلب أي صيانة تقريبًا. 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 إمكانات 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. تزيد الحاجة إلى مرايا كسب كبيرة ومرايا خارجية 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 وخالية 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 أساسي في مجال التخلص من المواد الدقيقة للمواد غير المعدنية ومواد معدنية رقيقة وهشة وغيرها من المواد المعدنية بسبب طولها الموجي القصيرة (الأشعة فوق البنفسجية ، الأشعة فوق البنفسجية العميقة) ، وعرض النبض القصير (Picosecond ، Femtosecond) وقوة الذروة العالية. 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 في بلدي بصدد تحويل وترقية صناعة التصنيع من التصنيع المنخفض إلى التصنيع المتطورة. 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. تكون أشعة الليزر ذات الألياف المنخفضة الطاقة المحلية مترجمة للغاية ، وهناك العديد من الشركات المصنعة المحلية على نطاق واسع. وفقًا لـ "تقرير تطوير صناعة الليزر الصيني" ، تم استبدال الليزر الألياف منخفضة الطاقة بالكامل بالمنتجات المحلية ؛ فيما يتعلق بأشعة الليزر الألياف المتوسطة للطاقة ، لا توجد جودة محلية أي عيوب واضحة ، وميزة السعر واضحة ، وحصة السوق قابلة للمقارنة ؛ من حيث الليزر الألياف المستمرة عالية الطاقة ، حققت العلامات التجارية المحلية مبيعات جزئية. أما بالنسبة لليزر الحالة الصلبة ، نظرًا للتطور المتأخر في الصين ، لا توجد حاليًا أي شركات مدرجة في هذا المنتج كعملها الرئيسي ، وشراء العلامات التجارية الأجنبية عمومًا. تستخدم ليزر الألياف بشكل أساسي في مجال معالجة الماكرو بسبب قوتها العالية في الإخراج (تشير معالجة الماكرو بالليزر عمومًا إلى معالجة حجم وشكل كائن المعالجة مع تأثير شعاع الليزر على مستوى ملليمتر) ؛ تستخدم 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 ميكرومتر أو حتى أجهزة قياس النانومتر) ، مما يؤدي إلى اختلافات معينة بين مستخدمي الليزر الصلبة. بشكل عام ، فإن الليزر الصلب وألياف الليزر الألياف لها تركيزات مختلفة في حقول التطبيق الخاصة بهم ، وكل منها لديه 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 التي يكون فيها سمك المعدن رفيعًا أو أن متطلبات المعالجة مرتفعة والتكلفة غير حساسة. 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 عالية الدقة وغير حساسة نسبيًا للتكلفة.