Analyse de l'industrie du laser

Le principe du laser

Le laser se compose d'une source de pompe, d'un milieu de gain avec un niveau d'énergie métastable et d'un résonateur. En prenant comme exemple le laser à fibre pompée à semi-conducteur, le processus spécifique de génération du laser peut être divisé en détail en cinq étapes suivantes :

1. Dans la première étape, la lumière de pompe est introduite et le laser à semi-conducteur, en tant que source de pompe du laser, émet la lumière de pompe avec une certaine largeur de ligne et pénètre dans la fibre après avoir traversé le combineur de faisceaux ;
2. Dans la deuxième étape, le milieu de gain est excité et la fibre de gain absorbe la lumière de pompage d'une longueur d'onde spécifique, ce qui effectue la transition du niveau d'énergie de la particule jusqu'à un état métastable ;
3. Au cours de la troisième étape, les photons sont formés par émission spontanée et les particules à l'état métastable effectuent une transition spontanée vers le bas pour libérer de l'énergie, produisant des photons avec des directions et des phases différentes ;
4. La quatrième étape consiste à réaliser une amplification optique par rayonnement stimulé. Les photons se déplaçant le long de l'axe peuvent se déplacer entre les miroirs (réseaux) (les photons ne s'échappant pas le long de l'axe) et les photons peuvent générer des photons homogènes lorsqu'ils rencontrent des particules à haute énergie (métastables) dans le milieu de gain, de manière à obtenir un effet d'amplification optique ;
5. La cinquième étape, la sortie laser, après avoir atteint certaines exigences pour obtenir une sortie laser continue ou pulsée.

Classement laser

Il existe quatre classifications courantes de lasers : gain moyen, puissance de sortie, mode de fonctionnement et largeur d'impulsion.

Selon le milieu de gain : le milieu de gain du laser comprend le gaz, le liquide et le solide. Le milieu de gain spécifique détermine la longueur d'onde du laser, la puissance de sortie et le champ d'application. Le laser à gaz CO2 est représentatif dans le gaz, le laser rubis, le laser à semi-conducteur, le laser à fibre et le laser YAG sont représentatifs dans le solide.

Selon la puissance de sortie : elle peut être divisée en petite puissance (0-100 W), puissance moyenne (100-1 kW) et puissance élevée (au-dessus de 1 kW) ; mais parfois, elle est définie comme une puissance moyenne comprise entre 100 et 1,5 kW. Différentes puissances laser s'adaptent à différents scénarios d'application.

Selon le mode de fonctionnement : il peut être divisé en laser continu et laser à impulsion. Le laser CW peut produire en continu pendant une longue période, avec un fonctionnement stable et un effet thermique élevé. Le laser à impulsions est émis sous la forme d'une impulsion caractérisée par une puissance de crête élevée et un faible effet thermique.

Pour une comparaison directe--des deux modes de fonctionnement, consultez leDifférences entre les lasers CW et QCW.

Selon la durée de l'impulsion, le laser à impulsion peut être divisé en millisecondes, microsecondes, nanosecondes, picosecondes et femtosecondes. D'une manière générale, plus la durée d'impulsion est courte, plus l'énergie d'une impulsion unique est élevée, plus la largeur d'impulsion est étroite et plus la précision du traitement est élevée.

Entre le fonctionnement pulsé et le fonctionnement continu se trouve un hybride à connaître : notreGuide laser quasi-continu QCW.

Selon la longueur d'onde de sortie : il peut être divisé en laser infrarouge, laser visible, laser UV, etc. Différentes structures de matériaux peuvent absorber différentes gammes de longueurs d'onde, par exemple, le métal a une absorption plus élevée dans le proche -infrarouge.

Le laser à fibre présente des avantages exceptionnels dans le traitement des matériaux

Le laser à fibre favorise le développement de méthodes de traitement laser en termes d'ampleur et de profondeur. Dans le domaine traditionnel, le laser à haute -puissance favorise la pénétration des équipements laser dans la découpe, le soudage, le marquage et d'autres maillons d'équipements haut de gamme tels que l'aérospatiale, les transports, etc. Dans le domaine émergent, le laser à fibre élargit la profondeur du traitement laser et forme un marché progressif, comprenant principalement le traitement de précision dans l'électronique grand public, le photovoltaïque, les batteries au lithium, les semi-conducteurs et d'autres domaines.

Du point de vue technique, le laser à fibre est supérieur aux autres lasers. Les avantages techniques du laser à fibre pour le traitement sont : 1) bonne qualité de faisceau, facile à obtenir une puissance élevée. 2) La grande surface de la fibre optique, une bonne dissipation thermique. 3) Le chemin optique est complètement fermé, avec une bonne stabilité, une longue durée de vie et moins d'entretien. 4) Petite taille, transmission flexible. 5) La longueur d'onde est comprise entre 700 nm et 2 000 nm, ce qui est plus applicable dans le domaine du traitement des matériaux.

Du point de vue du coût, le laser à fibre présente un avantage très élevé en termes de coût et de performances. Prenons le laser CO2 à titre de comparaison :

• En raison de la qualité élevée du faisceau et du taux d’absorption élevé du matériau, la vitesse de traitement du laser à fibre est plus rapide. En prenant comme exemple la découpe de plaques minces, la vitesse de découpe du laser à fibre peut atteindre 2 à 3 fois celle du laser CO2 avec la même puissance ;
• Le taux de conversion électro-optique du laser à fibre est supérieur à 30 % et la consommation d'énergie est faible. Le chemin optique du laser CO2 dépend entièrement du réflecteur. Le chemin optique se dégrade rapidement et la perte d'énergie est plus importante. Le taux de conversion électro-optique est inférieur à 10 % ;
• La structure du laser à fibre est simple et stable, le chemin optique externe ne nécessite aucune maintenance-, le temps moyen entre les pannes est supérieur à 100 000 heures et il n'y a pratiquement aucun consommable. La structure du système laser CO2 est complexe, le réflecteur et le résonateur nécessitent un entretien régulier, le coût de remplacement des roulements de turbine est élevé et le coût de maintenance est élevé.

En comparant les principaux paramètres de performance du laser industriel kilowatt sur le marché par rapport à d'autres lasers, le laser à fibre présente les avantages d'une bonne qualité de faisceau laser de sortie, d'une densité d'énergie élevée, d'une efficacité électro-optique - élevée, d'une facilité d'utilisation, d'une large gamme de matériaux usinables, d'un faible coût d'exploitation global, etc. Les "lasers de troisième-génération" ont de larges perspectives d'application.

Le laser est situé au centre de la chaîne industrielle du laser, et la Chine est devenue le marché du laser-à la croissance la plus importante et la plus rapide au monde. Le laser est le composant optique central de l'équipement laser terminal, qui occupe la position centrale de l'ensemble de la chaîne industrielle. Dans le même temps, du point de vue du coût, le coût du laser représente environ 30 % - 50 % du coût total de l'équipement, qui est le composant principal le plus précieux de l'équipement laser.

À l’avenir, le secteur entre dans ce que beaucoup appellent leâge d'or du développement du laser dans les trois prochaines décennies.