섬유 레이저 대 고형 상태 레이저

오늘날 레이저 기술, 고체 레이저 및 섬유 레이저의 빠른 개발 시대에는 두 가지 주요 주류 레이저 제품이 각각 산업 생산, 과학 연구 및 군사 응용 프로그램과 같은 많은 분야에서 고유 한 매력과 장점을 보여주었습니다.

1. 기술 원리 및 성능 차이

1.1 매체를 얻습니다

광섬유 레이저는 희귀 지구를 도핑 된 유리 섬유를 게인 매체로 사용합니다. 펌프 광선의 작용 하에서, 섬유에 고전력 밀도가 형성되어, 공진 캐비티의 양의 피드백 루프를 통해 레이저 에너지 레벨의 인구 역전 및 레이저 진동이 발생한다. 섬유 레이저는 작고 복잡한 냉각 시스템이 필요하지 않으며, 섬유의 유연성은 다차원 공간 처리 응용 분야에서 더 유리합니다. 섬유 레이저의 코어는 광섬유, 유연한 모발 유리 또는 플라스틱 필라멘트입니다. 섬유는 레이저의 활성 게인 매체 역할을하며 레이저 작동의 핵심입니다. 그러나, 통신에 사용되는 구획 유리 또는 플라스틱 섬유와는 달리, 섬유 레이저의 광섬유는 Erbium 또는 Ytterbium과 같은 희토류 요소로 도핑됩니다. 이 도핑은 레이저 작동에 필요한 에너지 상태를 도입하여 광섬유가 조명을 안내 할뿐만 아니라 증폭시킬 수있게합니다. 솔리드 스테이트 레이저 (SSL)는 고유 한 게인 매체, 고체 재료를 중심으로하며 일반적으로 게인 매체, 냉각 시스템, 광학 공진 공동 및 펌프 소스의 네 부분으로 구성됩니다. Ruby (CR : Al₂o₃) 또는 Neodymium Doped Yttrium Aluminum Garnet (ND : YAG)과 같은 게인 매체는 솔리드 스테이트 레이저의 영혼입니다. 내부에서 활성화 된 이온 (예 : ND³⁺와 같은)은 펌프 광의 작용 하에서 집단 역전을 달성하여 레이저 광을 생성한다. 냉각 시스템은 레이저 생성으로 인해 레이저의 안정적인 작동을 보장하기 위해 게인 매체 내부에 축적 된 열을 제거하는 데 도움이됩니다. 광학 공진기는 광자의 양성 피드백을 통해 연속 진동을 형성하여 고도로 단색 및 고도로 방향성 레이저 빔을 출력합니다.

1.2 성능 및 효율 광섬유 레이저는 광섬유 케이블의 특성 덕분에 최소한의 손실로 빛을 발휘할 수 있기 때문에 우수한 전기 효율로 유명합니다. 이 기능은 파이버 레이저를 믿을 수 없을 정도로 에너지 효율로 만들어 종종 30%이상의 효율성을 달성합니다. 솔리드 스테이트 레이저는 일반적으로 덜 효율적이며, 아마도 더 큰 게인 매체의 손실과 펌핑을위한 고강도 램프의 필요성으로 인해 아마도 덜 효율적입니다.

1.3 빔 품질 : 정밀 응용 분야에서 레이저의 효과에 직접적인 영향을 미칩니다. 파이버 레이저의 단일 모드 작동은 엄청나게 높은 빔 품질을 제공 할 수 있으며, 이는 단단한 초점과 최소한의 발산을 특징으로합니다. 고품질 레이저는 고품질 빔을 제공 할 수 있지만, 특히 더 높은 전력 레벨에서 섬유 레이저의 빔 품질과 일치하기가 종종 어렵다. 효율이 낮고 빔 품질에도 불구하고, 고체 레이저는 장점이 없습니다. 그들은 강력한 전력 스케일링 기능을 가지고 있으며 고출력 애플리케이션에 적합합니다. 솔리드 스테이트 레이저는 게인 매체 및 펌프 전력의 크기를 증가시켜 엄청나게 높은 전력 레벨을 생성하도록 설계 될 수 있으며, 이는 섬유 크기 및 열 소산의 한계로 인해 광섬유 레이저에 대해 간단하지 않습니다.

1.4 안정성 섬유 레이저는 안정성이 높습니다. 섬유 구조는 환경 변화 (예 : 온도, 습도, 진동 등)에 둔감하며 가혹한 환경에서 안정적인 작업 조건을 유지할 수 있습니다. 동시에, 섬유 레이저는 고체 구조를 사용하고 자유 공간 광학 성분을 포함하지 않기 때문에 더 내구성이 뛰어나고 환경 변화에 적응할 수있는 것으로 간주됩니다. 솔리드 스테이트 레이저는 안정성이 상대적으로 열악하며 환경 요인의 변화는 성능에 더 큰 영향을 줄 수 있습니다.

1.5 열 소산 광섬유 레이저는 우수한 열 소산 성능을 가지고 있습니다. 이득 매체는 표면적 대 부피 비율이 큰 광섬유이며, 열을 빠르게 소산 할 수 있으므로 오랫동안 안정적으로 작동하고 고출력 출력을 견딜 수 있습니다. 고형 상태 레이저는 열을 소산하기가 상대적으로 어렵고 고전력에서 작동 할 때 열 효과가 발생하여 레이저의 성능과 수명에 영향을 미칩니다.

1.6 크기 및 유지 보수 비용 섬유 레이저는 매우 작고 유지 보수가 거의 필요하지 않습니다. 섬유의 작은 크기와 외부 거울의 부재는 고체 레이저와 관련된 정렬 문제를 크게 줄입니다. 또한, 섬유의 우수한 열 소산 능력은 일반적으로 활성 냉각이 필요하지 않으므로 유지 보수 요구 사항이 더 줄어 듭니다. 동시에, 광섬유 레이저는 일반적으로 레이저가 섬유 내에 제한되어 우발적 노출의 위험을 줄이기 때문에 일반적으로 작동하는 것이 더 안전합니다. 고형 상태 레이저에서 거울의 정렬은 작동에 중요하며 정기 검사 및 조정이 필요하므로 유지 보수 워크로드가 증가합니다. 또한, 고체 레이저는 일반적으로 게인 매체에서 생성 된 열을 관리하기 위해 활성 냉각이 필요하며, 이는 시스템의 복잡성을 증가시킬뿐만 아니라 유지 보수 요구 사항을 증가시킵니다. 고체 레이저는 섬유 레이저보다 큰 경향이 있습니다. 큰 게인 거울과 외부 거울의 필요성은 크기와 무게를 증가시켜 공간이 제한된 응용 분야의 적용 가능성을 제한합니다.

2. 응용 프로그램 필드

섬유 레이저는 고전력, 고기 빔 품질, 우수한 열 소산 성능 및 안정성으로 산업 절단 및 용접 분야에서 빛납니다. 섬유 레이저는 특히 금속 재료의 두꺼운 플레이트 절단 및 용접에 적합합니다. 높은 전기 광학 변환 효율과 조정이없고 유지 보수가없는 설계는 사용 비용과 유지 보수의 어려움을 크게 줄입니다. 동시에, 먼지, 진동, 습도 등과 같은 가혹한 작업 환경에 대한 섬유 레이저의 높은 내성은 다양한 산업 현장에서도 잘 작동합니다. 연속 레이저는 매크로 처리 분야에서 높은 수준의 침투를 가지고 있으며이 분야에서 기존 처리 방법을 점차적으로 대체했습니다. 솔리드 스테이트 레이저는 높은 피크 전력, 대형 맥박 에너지 및 단락 레이저 출력 (예 : 녹색광 및 자외선)을 갖춘 초 고정 및 초 미생물 가공 분야에서 독특합니다. 금속/비금속 재료 마킹, 절단, 드릴링 및 용접과 같은 프로세스에서 고체 레이저는 더 높은 가공 정확도와 더 넓은 재료 적용 가능성을 달성 할 수 있습니다. 특히 비금속 재료의 고정밀 용접 및 조명 경작 3D 프린팅에서, 고체 레이저는 열 효과가 작은 단락 레이저와 높은 가공 정확도로 인해 선호되는 장비가되었습니다. 고형 상태 레이저는 주로 비금속 물질의 정밀 미세 분류 필드에서 사용됩니다. 짧은 파장 (자외선, 깊은 자외선), 짧은 맥박 폭 (피코 초, 펨토초) 및 높은 피크 전력으로 인해 얇고 부서지기 쉽고 기타 금속 재료가 사용됩니다. 또한, 고체 레이저는 환경, 의학, 군사 등 분야의 최첨단 과학 연구에 널리 사용됩니다.

3. 시장 점유율 우리 나라는 저가 제조에서 고급 제조에 이르기까지 제조 산업의 혁신 및 업그레이드 과정에 있습니다. 저가형 제조는 높은 비율을 차지합니다. 매크로 처리 시장은 저가형 제조 및 일부 고급 제조를 포함합니다. 시장 수요는 크다. 따라서 섬유 레이저의 시장 용량은 비교적 큽니다. 국내 저전력 섬유 레이저는 현지화되어 있으며 많은 대규모 국내 제조업체가 있습니다. "China Laser Industry Development Report"에 따르면, 저전력 섬유 레이저는 국내 제품으로 완전히 대체되었습니다. 중간 전원 연속 섬유 레이저의 관점에서, 국내 품질은 명백한 단점이 없으며 가격 이점은 명백하며 시장 점유율은 비슷합니다. 고출력 연속 섬유 레이저와 관련하여 국내 브랜드는 부분 판매를 달성했습니다. 솔리드 스테이트 레이저의 경우 중국의 늦은 개발로 인해 현재이 제품을 주요 사업으로 상장 된 회사는 없으며 일반적으로 외국 브랜드를 구매합니다. 섬유 레이저는 주로 높은 출력 전력으로 인해 매크로 처리 분야에서 주로 사용됩니다 (레이저 매크로 처리는 일반적으로 밀리미터 수준에서 레이저 빔의 영향을받는 처리 물체의 크기 및 모양의 처리를 말합니다); 단단한 레이저는 짧은 파장, 좁은 펄스 폭 및 높은 피크 전력 (마이크로 프로세싱은 일반적으로 크기 및 형상의 처리를 말하면 미세 미세 미터 또는 나노 미터에 도달하는 크기 및 형상을 의미 함)과 같은 이점으로 인해 마이크로 처리 분야에서 널리 사용됩니다. 일반적으로 고체 레이저 및 섬유 레이저는 응용 프로그램 필드에서 초점이 다르며 각각 고유 한 응용 프로그램 필드가 있습니다. 대부분의 분야에서 두 분야의 직접적인 경쟁은 없습니다. 마이크로 가공 필드와 겹치는 금속 재료 가공 분야에서 금속이 특정 두께에 도달하면이 필드는 일반적으로 비용 이유로 인해 전통적인 방법 또는 섬유 레이저를 채택합니다. 고체 레이저는 금속 두께가 얇거나 처리 요구 사항이 높고 비용이 민감하지 않은 장면에서만 사용됩니다. 또한, 둘 사이의 경쟁 중첩은 낮습니다. 고체 레이저는 주로 비금속 재료 (유리, 세라믹, 플라스틱, 폴리머, 포장, 기타 취성 재료 등)의 가공에 주로 사용되며 금속 재료 분야에서는 정밀도 요구 사항이 높은 장면에 사용되며 비용에 비해 비현실적입니다.