Analyse der Laserindustrie

Das Prinzip des Lasers

Der Laser besteht aus einer Pumpquelle, einem Verstärkungsmedium mit metastabilem Energieniveau und einem Resonator. Am Beispiel des halbleitergepumpten Faserlasers lässt sich der konkrete Prozess der Lasererzeugung im Detail in die folgenden fünf Schritte unterteilen:

1. Im ersten Schritt wird das Pumplicht eingeführt, und der Halbleiterlaser als Pumpquelle des Lasers emittiert das Pumplicht mit einer bestimmten Linienbreite und tritt nach Durchlaufen des Strahlvereinigers in die Faser ein;
2. Im zweiten Schritt wird das Verstärkungsmedium mit Energie versorgt und die Verstärkungsfaser absorbiert das Pumplicht einer bestimmten Wellenlänge, wodurch der Energieniveauübergang des Partikels in den metastabilen Zustand erfolgt.
3. Im dritten Schritt werden Photonen durch spontane Emission gebildet, und die Teilchen im metastabilen Zustand gehen spontan nach unten, um Energie freizusetzen, wodurch Photonen mit unterschiedlichen Richtungen und Phasen erzeugt werden.
4. Der vierte Schritt besteht darin, eine optische Verstärkung durch stimulierte Strahlung zu realisieren. Photonen, die sich entlang der Achse bewegen, können sich zwischen Spiegeln (Gittern) hin und her bewegen (Photonen, die nicht entlang der Achse laufen, entweichen schnell), und Photonen können homogene Photonen erzeugen, wenn sie im Verstärkungsmedium auf energiereiche (metastabile) Partikel treffen, um so einen optischen Verstärkungseffekt zu erzielen;
5. Der fünfte Schritt, Laserausgang, nach Erreichen bestimmter Anforderungen, um eine kontinuierliche oder gepulste Form des Laserausgangs zu erreichen.

Laserklassifizierung

Es gibt vier gängige Klassifizierungen von Lasern: Verstärkungsmedium, Ausgangsleistung, Betriebsart und Impulsbreite.

Je nach Verstärkungsmedium: Das Verstärkungsmedium des Lasers umfasst Gas, Flüssigkeit und Feststoff. Das spezifische Verstärkungsmedium bestimmt die Laserwellenlänge, die Ausgangsleistung und den Anwendungsbereich. CO2-Gaslaser sind repräsentativ für Gas, Rubinlaser, Halbleiterlaser, Faserlaser und YAG-Laser sind repräsentativ für Feststoffe.

Je nach Ausgangsleistung kann sie in kleine Leistung (0-100 W), mittlere Leistung (100-1 kW) und hohe Leistung (über 1 kW) unterteilt werden; aber manchmal wird es als mittlere Leistung im Bereich von 100–1,5 kW definiert. Unterschiedliche Laserleistungen passen sich unterschiedlichen Anwendungsszenarien an.

Je nach Arbeitsmodus: Es kann in kontinuierlichen Laser und Pulslaser unterteilt werden. Der CW-Laser kann über einen langen Zeitraum hinweg eine kontinuierliche Leistung erbringen, bei stabilem Betrieb und hoher thermischer Wirkung. Der Impulslaser wird in Form eines Impulses ausgegeben, der sich durch eine hohe Spitzenleistung und einen geringen thermischen Effekt auszeichnet.

Einen direkten -Kopf--Vergleich der beiden Betriebsmodi finden Sie imUnterschiede zwischen CW- und QCW-Lasern.

Entsprechend der Länge der Pulszeit können Pulslaser weiter in Millisekunden, Mikrosekunden, Nanosekunden, Pikosekunden und Femtosekunden unterteilt werden. Generell gilt: Je kürzer die Pulszeit, desto höher die Einzelpulsenergie, desto schmaler die Pulsbreite und desto höher die Verarbeitungsgenauigkeit.

Zwischen Puls- und Dauerbetrieb sitzt ein wissenswerter Hybrid: unserQCW quasi-kontinuierliche Laserführung.

Je nach Ausgangswellenlänge kann sie in Infrarotlaser, sichtbaren Laser, UV-Laser usw. unterteilt werden. Unterschiedliche Materialstrukturen können unterschiedliche Wellenlängenbereiche absorbieren, beispielsweise weist Metall eine höhere Absorption im nahen -Infrarot auf.

Faserlaser bieten herausragende Vorteile bei der Materialbearbeitung

Faserlaser fördert die Entwicklung von Laserbearbeitungsverfahren in Breite und Tiefe. Im traditionellen Bereich fördern Hochleistungslaser das Eindringen von Lasergeräten in das Schneiden, Schweißen, Markieren und andere Verbindungen von High-End-Geräten wie Luft- und Raumfahrt, Transportwesen usw. Im aufstrebenden Bereich erweitert der Faserlaser die Tiefe der Laserbearbeitung und bildet einen inkrementellen Markt, der hauptsächlich die Präzisionsbearbeitung in der Unterhaltungselektronik, Photovoltaik, Lithiumbatterie, Halbleiter und anderen Bereichen umfasst.

Aus technischer Sicht ist der Faserlaser anderen Lasern überlegen. Die technischen Vorteile von Faserlasern für die Bearbeitung sind: 1) gute Strahlqualität, leicht zu erreichende hohe Leistung. 2) die große Oberfläche der optischen Faser, gute Wärmeableitung. 3) der optische Pfad ist vollständig geschlossen, mit guter Stabilität, langer Lebensdauer und weniger Wartung. 4) kleine Größe, flexible Übertragung. 5) die Wellenlänge liegt im Bereich von 700 nm bis 2000 nm, was im Bereich der Materialbearbeitung besser anwendbar ist.

Aus Kostensicht bietet der Faserlaser einen sehr hohen -Kosten-Leistungs-Vorteil. Nehmen Sie als Vergleich den CO2-Laser:

• Aufgrund der hohen Strahlqualität und der hohen Materialabsorptionsrate ist die Verarbeitungsgeschwindigkeit des Faserlasers schneller. Am Beispiel des Schneidens dünner Bleche kann die Schnittgeschwindigkeit eines Faserlasers das Zwei- bis Dreifache der eines CO2-Lasers bei gleicher Leistung erreichen;
• Die elektro-optische Umwandlungsrate von Faserlasern beträgt über 30 % und der Stromverbrauch ist gering. Der optische Weg des CO2-Lasers hängt vollständig vom Reflektor ab. Der optische Weg nimmt schnell ab und der Energieverlust ist größer. Die elektro-optische Umwandlungsrate liegt unter 10 %;
• Der Aufbau des Faserlasers ist einfach und stabil, der externe optische Pfad ist wartungsfrei, die durchschnittliche Zeit zwischen Ausfällen beträgt mehr als 100.000 Stunden und es gibt grundsätzlich keine Verbrauchsmaterialien. Der Aufbau des CO2-Lasersystems ist komplex, der Reflektor und der Resonator müssen regelmäßig gewartet werden, die Kosten für den Austausch des Turbinenlagers sind teuer und die Wartungskosten sind hoch.

Vergleicht man die Hauptleistungsparameter von Kilowatt-Industrielasern auf dem Markt im Vergleich zu anderen Lasern, hat der Faserlaser die Vorteile einer guten Ausgangslaserstrahlqualität, einer hohen Energiedichte, einer hohen elektro-optischen Effizienz, einer einfachen Verwendung, einer großen Auswahl an bearbeitbaren Materialien, niedrigen Gesamtbetriebskosten usw. und wird daher häufig zum Schnitzen/Markieren, Schneiden/Bohren usw., Beschichten/Schweißen, Oberflächenbehandlung, Rapid Prototyping und anderen Bereichen der Materialverarbeitung und optischen Kommunikation verwendet, die als ... bekannt sind „Laser der dritten-Generation“ haben breite Anwendungsaussichten.

Der Laser befindet sich im Zentrum der Laserindustriekette und China hat sich zum größten und am schnellsten wachsenden Lasermarkt der Welt entwickelt. Der Laser ist die zentrale optische Komponente der Terminal-Laserausrüstung, die sich an zentraler Stelle der gesamten Industriekette befindet. Gleichzeitig machen die Laserkosten aus Kostensicht etwa 30 % - 50 % der Gesamtkosten der Ausrüstung aus, was die wertvollste Kernkomponente der Laserausrüstung darstellt.

Mit Blick auf die Zukunft eintritt der Sektor in das, was viele das nennenGoldenes Zeitalter der Laserentwicklung in den nächsten drei Jahrzehnten.