1. Laser industriaren ikuspegi orokorra
(1) Laser Sarrera
Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, LASER gisa laburtua) argi-izpi kolimatu, monokromatiko, koherente eta direkziozko bat da, argi-erradiazioa maiztasun estuan anplifikatuz sortutako erreakzio-erresonantzia eta erradiazio kitzikatuaren bidez.
Laser teknologia 1960ko hamarkadaren hasieran sortu zen, eta argi arruntaren izaera guztiz desberdina zela eta, laserra laster asko erabili zen hainbat esparrutan eta eragin handia izan zuen zientzia, teknologia, ekonomia eta gizartearen garapenean eta eraldaketan.
Laserraren sorrerak antzinako optikaren aurpegia izugarri aldatu du, fisika optiko klasikoa goi-teknologiako diziplina berri batean zabalduz, optika klasikoa zein fotonika modernoa biltzen dituena, giza ekonomiaren eta gizartearen garapenari ekarpen ordezkaezina eginez. Laser-fisikako ikerketek fisika fotonikoaren bi adar nagusien loratzen lagundu dute: energia-fotonika eta informazio-fotonika. Optika ez-lineala, optika kuantikoa, konputazio kuantikoa, laser sentsazioa eta komunikazioa, laser plasma fisika, laser kimika, laser biologia, laser medikuntza, laser espektroskopia eta metrologia ultrazehatza, laser fisika atomikoa laser hoztea eta Bose-Einstein materia kondentsatuaren ikerketa barne hartzen ditu. , laser material funtzionalak, laser fabrikazioa, laser mikrooptoelektroniko txip fabrikazioa, laser 3D inprimaketa eta nazioarteko mugako 20 diziplina eta aplikazio teknologiko baino gehiago. Laser Zientzia eta Teknologia Saila (DSL) honako arlo hauetan ezarri da.
Laser fabrikazio-industrian, mundua "fabrikazio argiaren" aroan sartu da, nazioarteko laser industriaren estatistiken arabera, Estatu Batuetako urteko BPGaren % 50 maila altuko laser aplikazioen merkatuaren hedapen azkarrarekin lotuta dago. Hainbat herrialde garatuek, Estatu Batuak, Alemaniak eta Japoniak ordezkatuta, funtsean prozesu tradizionalak laser prozesamenduarekin ordezkatzea amaitu dute manufaktura-industria handietan, hala nola automobilgintzan eta hegazkinean. Fabrikazio industrialean laserrak potentzial handia erakutsi du kostu baxuko, kalitate handiko, eraginkortasun handiko eta ohiko manufakturak lortu ezin dituen fabrikazio-aplikazio berezietarako, eta munduko industria-herrialde nagusien artean lehiaren eta berrikuntzaren bultzatzaile garrantzitsu bihurtu da. Herrialdeek aktiboki onartzen dute laser teknologia beren punta-puntako teknologia garrantzitsuenetako bat baita eta laser industria garatzeko plan nazionalak garatu dituzte.
(2)LaserraIturria Perizpide
Laserra argi ikusgaia edo ikusezina sortzeko erradiazio kitzikatua erabiltzen duen gailua da, egitura konplexua eta oztopo tekniko handiak dituena. Sistema optikoa ponpa-iturburuz (kitzikazio-iturriz), irabazi ertainez (laneko substantzia) eta barrunbe erresonantez eta gailu optikoko beste material batzuek osatzen dute. Irabazi-erdia da fotoiak sortzeko iturria, eta ponpa-iturburuak sortutako energia xurgatuz, irabazi-erdia jauzi egiten du oinarrizko egoeratik egoera kitzikatura. Egoera kitzikatua ezegonkorra denez, momentu honetan, irabazi-medioak energia askatuko du oinarrizko egoeraren egoera egonkorrera itzultzeko. Energia askatzeko prozesu honetan, irabazi-medioak fotoiak sortzen ditu, eta fotoi hauek koherentzia handia dute energian, uhin-luzeran eta norabidean, etengabe islatzen dira erresonantzia optikoko barrunbean, elkarrekiko mugimenduan, etengabe anplifikatu ahal izateko, eta azkenik jaurti ezazu laserra islatzailearen bidez laser izpi bat osatzeko. Terminal-ekipoaren oinarrizko sistema optikoa denez, laserren errendimenduak sarritan zuzenean zehazten du laser-ekipoaren irteera-izpiaren kalitatea eta potentzia, terminal laser-ekipoaren oinarrizko osagaia da.
Ponpa iturriak (kitzikazio iturria) energia kitzikapena ematen dio irabazi-medioari. Irabazi-euskarria kitzikatu egiten da fotoiak ekoizteko laserra sortzeko eta anplifikatzeko. Barrunbe erresonantea fotoiaren ezaugarriak (maiztasuna, fasea eta funtzionamendu-norabidea) erregulatzen diren lekua da, barrunbeko fotoien oszilazioen kontrolaz kalitate handiko irteerako argi-iturri bat lortzeko. Ponpa-iturburuak (kitzikazio-iturri) energia kitzikapena ematen dio irabazi-medioari. Irabazi-euskarria kitzikatu egiten da fotoiak ekoizteko laserra sortzeko eta anplifikatzeko. Barrunbe erresonantea fotoiaren ezaugarriak (maiztasuna, fasea eta funtzionamendu-norabidea) doitzen diren lekua da, barrunbeko fotoien oszilazioen kontrolaz kalitate handiko irteerako argi-iturri bat lortzeko.
(3)Laser iturriaren sailkapena
Laser iturria irabazi ertainaren, irteerako uhin-luzeraren, funtzionamendu moduaren eta ponpaketa moduaren arabera sailka daiteke, honela.
① Irabazi bitartekoaren araberako sailkapena
Irabazi-euskarri desberdinen arabera, laserrak egoera solidoan (solidoa, erdieroalea, zuntza, hibridoa barne), laser likidoa, gas laserra, etab.
| LaserraIturriaMota | Irabazi Media | Ezaugarri nagusiak |
| Egoera solidoko laser iturria | Solidoak, Erdieroaleak, Zuntz Optikoa, Hibridoak | Egonkortasun polita, potentzia handia, mantentze kostu baxua, industrializaziorako egokia |
| Laser likidoaren iturria | Likido kimikoak | Aukerako uhin-luzera arrakastatsua, baina tamaina handia eta mantentze-kostu handia |
| Gas Laser Iturria | Gasak | Kalitate handiko laser argi iturria, baina tamaina handiagoa eta mantentze-kostu handiagoak |
| Doako Elektroi Laser Iturria | Elektroi-sorta eremu magnetiko zehatz batean | Potentzia ultra handia eta kalitate handiko laser irteera lor daitezke, baina fabrikazio teknologia eta ekoizpen kostuak oso altuak dira |
Egonkortasun ona, potentzia handia eta mantentze-kostu txikia direla eta, egoera solidoko laserrak aplikatzeak erabateko abantaila hartzen du.
Egoera solidoko laserren artean, erdieroaleen laserrak eraginkortasun handia, tamaina txikia, bizitza luzea, energia-kontsumo baxua, etab. abantailak dituzte. Alde batetik, zuzenean aplikatu daitezke oinarrizko argi-iturri gisa eta laser prozesatzeko, medikuntzarako, euskarri gisa. komunikazio, sentsazio, pantaila, monitorizazio eta defentsa aplikazioak, eta garapen estrategikoko garrantzia duen laser teknologia modernoaren garapenerako oinarri garrantzitsu bihurtu dira.
Bestalde, erdieroaleen laserrak beste laser batzuen nukleoaren ponpaketa argi iturri gisa ere erabil daitezke, hala nola egoera solidoko laserrak eta zuntz laserrak, laser eremu osoaren aurrerapen teknologikoa asko sustatuz. Munduko herrialde garatu nagusi guztiek beren garapen plan nazionaletan sartu dute, laguntza sendoa emanez eta garapen azkarra lortuz.
② Ponpatze metodoaren arabera
Laserrak elektrikoki ponpatutako, optikoki ponpatutako, kimikoki ponpatutako laserretan eta abarretan bana daitezke ponpaketa metodoaren arabera.
Elektrikoki ponpatutako laserrak korronteek kitzikaturiko laserrak aipatzen dituzte, gas-laserrak gehienetan gas-deskargak kitzikatzen ditu, eta erdieroaleak, berriz, korrontearen injekzioz kitzikatzen dira.
Egoera solidoko laser eta laser likido ia guztiak ponpa optikoko laserrak dira, eta erdieroaleen laserrak ponpa optikoko laserrentzako oinarrizko ponpaketa iturri gisa erabiltzen dira.
Kimikoki ponpatutako laserrak erreakzio kimikoetatik askatutako energia laneko materiala kitzikatzeko erabiltzen duten laserrak aipatzen ditu.
③Funzionamendu moduaren araberako sailkapena
Laserrak etengabeko laser eta pultsatuko laserretan bana daitezke beren funtzionamendu moduaren arabera.
Etengabeko laserek energia-maila bakoitzean partikulen kopuruaren eta barrunbean dagoen erradiazio-eremuaren banaketa egonkorra dute, eta haien funtzionamendua lan-materialaren kitzikapena eta dagokion laser-irteeraren ezaugarria da denbora luzean modu jarraituan. . Etengabeko laserek laser argia etengabe atera dezakete denbora luzeagoan, baina efektu termikoa nabarmenagoa da.
Pultsatuko laserrak laser potentzia balio jakin batean mantentzen den denboraren iraupenari erreferentzia egiten dio eta laser argia modu eten batean ateratzen dute, efektu termiko txikiaren eta kontrolagarritasun ona duten ezaugarri nagusiak.
④ Irteerako uhin-luzeraren araberako sailkapena
Laserrak uhin-luzeraren arabera sailkatu daitezke laser infragorriak, laser ikusgarriak, laser ultramoreak, laser ultramore sakonak eta abar. Egituratutako material desberdinek xurga dezaketen argiaren uhin-luzera desberdina da, beraz, uhin-luzera desberdinetako laserrak behar dira material ezberdinen prozesamendu finetarako edo aplikazio eszenatoki desberdinetarako.Infragorrien laserrak eta UV laserrak dira gehien erabiltzen diren bi laserrak. Infragorrien laserrak "prozesamendu termikoan" erabiltzen dira batez ere, non materialaren gainazaleko materiala berotzen eta lurruntzen (lurruntzen) materiala kentzeko; Film meheko material ez-metalikoen prozesamenduan, erdieroaleen obleen ebaketa, beira organikoa ebaketa, zulaketa, markaketa eta beste alor batzuetan, energia handiko Film meheko material ez-metalikoen prozesatzeko eremuan, erdieroaleen obleen ebaketa, beira organikoa ebaketa, zulaketa, markaketa, etab., energia handiko UV fotoiek zuzenean apurtzen dituzte material ez-metalikoen gainazaleko lotura molekularrak, horrela molekulak objektutik bereiz daitezke, eta metodo honek ez du bero erreakzio handirik sortzen, beraz, normalean "hotza" deitzen zaio. prozesatzea".
UV fotoien energia handia dela eta, zaila da potentzia handiko etengabeko UV laser bat sortzea kanpoko kitzikapen iturriaren bidez, beraz, UV laserra, oro har, kristalezko material efektu ez-lineala maiztasun bihurtze metodoa aplikatuz sortzen da, beraz, gaur egungoa oso erabilia. UV laserren industria-eremua batez ere egoera solidoko UV laserrak dira.
(4) Industria-katea
Industria-katearen goranzko lehengai erdieroaleak, goi-mailako ekipamenduak eta erlazionatutako ekoizpen-osagarriak erabiltzea da laser nukleoak eta gailu optoelektronikoak fabrikatzeko, hau da, laser industriaren oinarria eta sarbide atalase altua duena. Industria-katearen erdiko korrontea gorako laser txipak eta gailu optoelektronikoak, moduluak, osagai optikoak, etab. hainbat laser fabrikatzeko eta saltzeko ponpa-iturri gisa erabiltzea da, besteak beste, erdieroale zuzeneko laserrak, karbono dioxidozko laserrak, egoera solidoko laserrak, zuntz laserrak, etab.; Beheko industriak hainbat laserren aplikazio-eremuei egiten die erreferentzia, besteak beste, industria prozesatzeko ekipoak, LIDAR, komunikazio optikoak, edertasun medikoa eta beste aplikazio-industria batzuk.
①Upstream hornitzaileak
Erdieroaleen laser txipak, gailuak eta moduluak bezalako produktuen lehengaiak, batez ere, hainbat txip-material, zuntz-materialak eta mekanizatutako piezak dira, substratuak, bero-hustugailuak, produktu kimikoak eta etxebizitza multzoak barne. Txirbil prozesatzeko lehengaien kalitate eta errendimendu altua behar da, batez ere atzerriko hornitzaileenak, baina lokalizazio-maila pixkanaka handitzen ari da eta pixkanaka kontrol independentea lortzen da. Lehengai nagusien errendimenduak eragin zuzena du erdieroaleen laser txip-en kalitatean, hainbat txip-materialen errendimendua etengabe hobetuz, industriako produktuen errendimendua hobetzeko rol positiboa sustatzeko.
②Midstream industria-katea
Erdieroaleen laser txipa industria-katearen erdiko hainbat laser motaren oinarrizko ponpa argi iturria da, eta paper positiboa du erdiko laserren garapena sustatzeko. Erdialdeko laserren arloan, Estatu Batuak, Alemania eta atzerriko beste enpresa batzuk dira nagusi, baina azken urteotan etxeko laser industriaren garapen azkarraren ondoren, industria-katearen erdiko merkatuak etxeko ordezkapen azkarra lortu du.
③Kate industriala ibaian behera
Beheko industriak protagonismo handiagoa du industriaren garapena sustatzeko, beraz, beherako industriaren garapenak industriaren merkatu-espazioan zuzenean eragingo du. Txinako ekonomiaren etengabeko hazkundeak eta eraldaketa ekonomikorako aukera estrategikoen sorrerak garapen baldintza hobeak sortu dituzte industria hau garatzeko. Txina fabrikazio-herrialde batetik fabrikazio-potentzia izatera pasatzen ari da, eta beheranzko laserrak eta laser ekipoak manufaktura-industria berritzeko gakoetako bat dira, industria honen epe luzerako hobekuntzarako eskari-ingurune ona eskaintzen duena. Beheko industriak erdieroaleen laser txip eta haien gailuen errendimendu-indizearen eskakizunak handitzen ari dira, eta etxeko enpresak pixkanaka-pixkanaka potentzia handiko laser merkatuan sartzen ari dira potentzia baxuko laser merkatutik, beraz, industriak etengabe handitu behar du teknologiaren ikerketaren arloan inbertsioa. eta garapena eta berrikuntza independentea.
2. erdieroale laser industria garapen egoera
Laser erdieroaleek energia bihurtzeko eraginkortasun onena dute mota guztietako laserren artean, alde batetik, zuntz optikoko laserren, egoera solidoko laserren eta beste ponpa optikoko laser batzuen oinarrizko ponpa iturri gisa erabil daitezke. Bestalde, erdieroaleen laser teknologiaren etengabeko aurrerapenarekin potentzia-eraginkortasunari, distira, bizi-iraupenari, uhin-luzera anitzeko, modulazio-tasa eta abarrei dagokienez, erdieroaleen laserrak oso erabiliak dira materialen prozesamenduan, medikuntzan, komunikazio optikoan, sentsazio optikoan, defentsa, etab. Laser Focus World-en arabera, diodoen laserren, hau da, erdieroaleen eta diodorik gabeko laserren diru-sarrera globalak 18.480 milioi dolar izango direla kalkulatzen da 2021ean, eta erdieroaleen laserrak diru-sarreren guztizkoaren % 43 dira.
Laser Focus World-en arabera, erdieroaleen laser merkatu globala 6.724 milioi dolar izango da 2020an, aurreko urtean baino % 14,20 gehiago. Adimen globalaren garapenarekin, gailu adimendunetan, kontsumo-elektronikan, energia berrietan eta beste alor batzuetan laserren eskaera gero eta handiagoa denez, baita medikuaren, edertasunaren ekipamenduen eta sortzen ari diren beste aplikazioen etengabeko hedapena ere, erdieroaleen laserrak ponpa iturri gisa erabil daitezke. ponpa optikoko laserretarako, eta bere merkatuaren tamainak hazkunde egonkorra mantentzen jarraituko du. 2021eko erdieroaleen laser merkatuaren tamaina 7.946 milioi dolarrekoa da, merkatuaren hazkunde-tasa% 18,18koa.
Aditu teknikoen eta enpresen eta profesionalen ahalegin bateratuaren bidez, Txinako erdieroaleen laser industriak garapen paregabea lortu du, eta, beraz, Txinako erdieroaleen industriak prozesua hutsetik bizi izan du eta Txinako erdieroaleen industriaren prototipoaren hasiera. Azken urteotan, Txinak laser industriaren garapena areagotu du, eta hainbat eskualde ikerketa zientifikoari, teknologiaren hobekuntzari, merkatuaren garapenari eta laser industrialdeen eraikuntzari eskaini zaizkio gobernuaren gidaritzapean eta laser enpresen lankidetzarekin.
3. Txinako laser industriaren etorkizuneko garapen joera
Europako eta Estatu Batuetako herrialde garatuekin alderatuta, Txinako laser teknologia ez da berandu iristen, baina laser teknologiaren eta goi-mailako core teknologiaren aplikazioan hutsune handia dago oraindik, batez ere erdieroaleen laser txipa eta beste oinarrizko osagaiak oraindik ere. inportazioen menpekoa.
Estatu Batuek, Alemaniak eta Japoniak ordezkatzen duten herrialde garatuek, funtsean, manufaktura-teknologia tradizionalaren ordezkapena amaitu dute industria-eremu handi batzuetan eta "fabrikazio arinaren" aroan sartu dira; Txinan laser aplikazioen garapena azkarra den arren, baina aplikazioen sartze-tasa nahiko baxua da oraindik. Industria-berrikuntzaren oinarrizko teknologia denez, laser-industriak laguntza nazionalaren funtsezko eremua izaten jarraituko du, eta aplikazio-esparrua zabaltzen jarraituko du eta, azken finean, Txinako manufaktura-industria sustatzen du "fabrikazio arineko" arora. Gaur egungo garapen egoeratik, Txinako laser industriaren garapenak garapen joera hauek erakusten ditu.
(1) Erdieroaleen laser txipa eta oinarrizko beste osagai batzuk pixkanaka lokalizazioa konturatzen dira
Hartu zuntz laserra adibide gisa, potentzia handiko zuntz laser ponpa iturria laser erdieroalearen aplikazio eremu nagusia da, potentzia handiko erdieroale laser txipa eta modulua zuntz laserren osagai garrantzitsu bat da. Azken urteotan, Txinako zuntz optikoko laser industria hazkunde azkarrean dago eta lokalizazio-maila handitzen ari da urtetik urtera.
Merkatuan sartzeari dagokionez, potentzia baxuko zuntz laser merkatuan, etxeko laserren merkatu kuota% 99,01era iritsi zen 2019an; potentzia ertaineko zuntz laser merkatuan, etxeko laserren sartze-tasa % 50 baino gehiagotan mantendu da azken urteotan; potentzia handiko zuntz laserren lokalizazio-prozesua ere pixkanaka aurrera doa, 2013tik 2019ra "hutsetik" lortzeko. Potentzia handiko zuntz laserren lokalizazio-prozesua ere apurka-apurka aurrera doa, 2013tik 2019ra, eta % 55,56ko sartze-tasa iritsi da, eta potentzia handiko zuntz-laserren barne sartze-tasa % 57,58koa izatea espero da 2020an.
Hala ere, oinarrizko osagaiak, hala nola potentzia handiko erdieroaleen laser txipak, inportazioen menpe daude oraindik, eta erdieroaleen laser txipdun laserren gorako osagaiak nukleoa pixkanaka lokalizatuz doa, eta horrek alde batetik gorako osagaien merkatu-eskala hobetzen du. etxeko laserrak, eta, bestetik, upstream core osagaiak lokalizatuta, etxeko laser fabrikatzaileen nazioarteko lehiaketan parte hartzeko gaitasuna hobetu dezake.
(2) Laser aplikazioak azkarrago eta zabalago sartzen dira
Upstream core osagai optoelektronikoen pixkanaka-pixkanaka lokalizatu eta laser aplikazioaren kostuak pixkanaka-pixkanaka murrizten direnez, laserrak industria askotan sakonago sartuko dira.
Alde batetik, Txinarentzat, laser prozesatzea Txinako manufaktura-industriako hamar aplikazio-eremu nagusietan ere sartzen da, eta espero da laser-prozesamenduaren aplikazio-eremuak gehiago zabalduko direla eta merkatuaren eskala gehiago zabalduko dela etorkizunean. Bestalde, gidaririk gabeko gidatze-sistema aurreratua, zerbitzuetara zuzendutako robota, 3D sentsazioa eta abar bezalako teknologien etengabeko dibulgazio eta garapenarekin, gehiago aplikatuko da alor askotan, hala nola automobilgintza, adimen artifiziala, kontsumo-elektronika. , aurpegien aitorpena, komunikazio optikoa eta defentsa nazionalaren ikerketa. Goiko laser aplikazioen oinarrizko gailu edo osagai gisa, laser erdieroaleak ere garapen bizkorra lortuko du.
(3) Potentzia handiagoa, izpiaren kalitate hobea, uhin-luzera laburragoa eta maiztasun norabidearen garapen azkarragoa
Laser industrialen alorrean, zuntz laserrek aurrerapen handia egin dute irteera-potentziari, izpien kalitateari eta distirari dagokionez, sartu zirenetik. Hala ere, potentzia handiagoak prozesatzeko abiadura hobetu dezake, prozesatzeko kalitatea optimizatu eta prozesatzeko eremua industria astuneko fabrikaziora hedatu dezake, automobilgintzan, fabrikazio aeroespazialean, energian, makinen fabrikazioan, metalurgian, trenbide-garraioen eraikuntzan, ikerketa zientifikoan eta ebaketaren beste aplikazio-eremuetan. , soldadura, gainazaleko tratamendua, etab., zuntz laser potentzia eskakizunak handitzen jarraitzen dute. Dagokion gailuen fabrikatzaileek oinarrizko gailuen errendimendua etengabe hobetu behar dute (adibidez, potentzia handiko erdieroaleen laser txipa eta irabazi-zuntza), zuntz laser-potentzia handitzeak laser modulazio-teknologia aurreratua behar du, hala nola izpien konbinazioa eta potentzia-sintesia, eta horrek baldintza berriak ekarriko ditu. eta potentzia handiko erdieroaleen laser txip fabrikatzaileentzako erronkak. Horrez gain, uhin-luzera laburragoak, uhin-luzera gehiago, azkarrago (ultra-azkar) laser garapena ere norabide garrantzitsua da, batez ere zirkuitu integratuko txipetan, pantailetan, kontsumo-elektronikan, aeroespazialean eta zehaztasun-mikroprozesamenduetan erabiltzen dena, baita bizitza-zientzietan, medikuntzan, sentsazioan eta beste batzuetan ere. eremuetan, erdieroaleen laser txipak ere baldintza berriak aurkeztu zituen.
(4) potentzia handiko laser osagai optoelektronikoetarako hazkuntza gehiagorako eskaria
Potentzia handiko zuntz-laseraren garapena eta industrializazioa industria-katearen aurrerapen sinergikoaren ondorioa da, eta oinarrizko osagai optoelektronikoen laguntza behar da, hala nola ponpa-iturria, isolatzailea, izpi-kontzentratzailea, etab. Potentzia handiko osagai optoelektronikoak. zuntz laserra bere garapenaren eta ekoizpenaren oinarria eta funtsezko osagaiak dira, eta potentzia handiko zuntz laserren merkatuaren hedapena ere bultzatzen du oinarrizko osagaien merkatuaren eskaria, hala nola potentzia handiko erdieroaleen laser txip gisa. Aldi berean, etxeko zuntz laser teknologiaren etengabeko hobekuntzarekin, inportazioen ordezkapena saihestezinezko joera bihurtu da, laser merkatuaren kuota hobetzen jarraituko du munduan, eta horrek aukera handiak ekartzen ditu osagai optoelektronikoen fabrikatzaileen tokiko indarra lortzeko.
Argitalpenaren ordua: 2023-07-07
