1. Преглед ласерске индустрије
(1) Увод ласера
Ласер (појачавање светлости стимулисаном емисијом зрачења, скраћено ЛАСЕР) је колимирани, монохроматски, кохерентни, усмерени сноп светлости произведен појачавањем светлосног зрачења на уској фреквенцији кроз побуђену повратну резонанцу и зрачење.
Ласерска технологија настала је почетком шездесетих година прошлог века, а због своје потпуно другачије природе од обичне светлости, ласер је убрзо добио широку примену у разним областима и дубоко утицао на развој и трансформацију науке, технологије, привреде и друштва.
Рођење ласера драматично је променило лице древне оптике, проширивши класичну оптичку физику у нову високотехнолошку дисциплину која обухвата и класичну оптику и модерну фотонику, дајући незаменљив допринос развоју људске привреде и друштва. Истраживање ласерске физике допринело је процвату две главне гране модерне фотонске физике: фотонике енергије и фотонике информација. Покрива нелинеарну оптику, квантну оптику, квантно рачунарство, ласерско детекцију и комуникацију, физику ласерске плазме, ласерску хемију, ласерску биологију, ласерску медицину, ултра-прецизну ласерску спектроскопију и метрологију, ласерску атомску физику укључујући ласерско хлађење и истраживање Босе-Ајнштајн кондензоване материје , ласерски функционални материјали, производња ласера, производња ласерских микро-оптоелектронских чипова, ласерско 3Д штампање и више од 20 међународних граничних дисциплина и технолошких примена. Одсек за ласерску науку и технологију (ДСЛ) је основан у следећим областима.
У индустрији производње ласера, свет је ушао у еру „лаке производње“, према међународној статистици ласерске индустрије, 50% годишњег БДП-а Сједињених Држава1 се односи на брзо ширење тржишта ласерских апликација високог нивоа. Неколико развијених земаља, које представљају Сједињене Америчке Државе, Немачка и Јапан, у основи су завршиле замену традиционалних процеса ласерском обрадом у главним производним индустријама као што су аутомобилска и авијација. Ласер у индустријској производњи показао је велики потенцијал за јефтине, висококвалитетне, високоефикасне и посебне производне апликације које се не могу постићи конвенционалном производњом, и постао је важан покретач конкуренције и иновација међу највећим индустријским земљама света. Земље активно подржавају ласерску технологију као једну од својих најважнијих најновијих технологија и развиле су националне планове за развој ласерске индустрије.
(2)ЛасерИзвор Принципле
Ласер је уређај који користи побуђено зрачење за производњу видљиве или невидљиве светлости, сложене структуре и високих техничких баријера. Оптички систем се углавном састоји од извора пумпе (извор побуде), медијума за појачавање (радна супстанца) и резонантне шупљине и других материјала оптичких уређаја. Медијум појачања је извор генерисања фотона, а апсорбовањем енергије коју генерише извор пумпе, медијум појачања скаче из основног стања у побуђено стање. Пошто је побуђено стање нестабилно, у овом тренутку, медиј за појачање ће ослободити енергију да се врати у стабилно стање основног стања. У овом процесу ослобађања енергије, медиј за појачавање производи фотоне, а ови фотони имају висок степен конзистентности у енергији, таласној дужини и правцу, стално се рефлектују у оптичку резонантну шупљину, реципрочно кретање, тако да се континуирано појачавају, и коначно испалите ласер кроз рефлектор да бисте формирали ласерски зрак. Као основни оптички систем терминалне опреме, перформансе ласера често директно одређују квалитет и снагу излазног снопа ласерске опреме, је основна компонента терминалне ласерске опреме.
Извор пумпе (извор побуде) обезбеђује енергетску побуду медијуму за појачавање. Медијум појачања је узбуђен да производи фотоне за генерисање и појачавање ласера. Резонантна шупљина је место где се регулишу карактеристике фотона (фреквенција, фаза и смер рада) да би се добио висококвалитетни излазни извор светлости контролисањем осцилација фотона у шупљини. Извор пумпе (извор побуде) обезбеђује енергетску побуду за медијум појачања. Медијум појачања је узбуђен да производи фотоне за генерисање и појачавање ласера. Резонантна шупљина је место где се карактеристике фотона (фреквенција, фаза и правац рада) прилагођавају да би се добио висококвалитетан излазни извор светлости контролисањем осцилација фотона у шупљини.
(3)Класификација извора ласера
Ласерски извор се може класификовати према медијуму појачања, излазној таласној дужини, режиму рада и режиму пумпања, на следећи начин
① Класификација по медијуму појачања
Према различитим медијима појачања, ласери се могу поделити на чврсто стање (укључујући чврсте, полупроводничке, влакнасте, хибридне), течне ласере, гасне ласере итд.
| ЛасерИзворТип | Гаин Медиа | Главне карактеристике |
| Солид Стате Ласер Соурце | Чврсте материје, полупроводници, оптичка влакна, хибриди | Добра стабилност, велика снага, ниски трошкови одржавања, погодни за индустријализацију |
| Извор течног ласера | Хемијске течности | Опциони опсег таласних дужина је погодан, али велика величина и високи трошкови одржавања |
| Извор гасног ласера | Гасови | Висококвалитетни ласерски извор светлости, али веће величине и већи трошкови одржавања |
| Бесплатни електронски ласерски извор | Електронски сноп у специфичном магнетном пољу | Могу се постићи ултра-велика снага и висок квалитет ласерског излаза, али су технологија производње и производни трошкови веома високи |
Због добре стабилности, велике снаге и ниских трошкова одржавања, примена солид-стате ласера има апсолутну предност.
Међу ласерима у чврстом стању, полупроводнички ласери имају предности високе ефикасности, мале величине, дугог века трајања, ниске потрошње енергије итд. С једне стране, могу се директно применити као основни извор светлости и подршка за ласерску обраду, медицинску, комуникационе, сензорске, дисплејне, надзорне и одбрамбене апликације, и постале су важна основа за развој савремене ласерске технологије са стратешким развојним значајем.
С друге стране, полупроводнички ласери се такође могу користити као извор светлости за језгро за друге ласере као што су ласери у чврстом стању и ласери са влакнима, што у великој мери промовише технолошки напредак читавог ласерског поља. Све веће развијене земље света су га уврстиле у своје националне развојне планове, дајући снажну подршку и убрзано се развијају.
② Према методи пумпања
Ласери се према методи пумпања могу поделити на ласере са електричном пумпом, оптички пумпане, хемијски пумпане, итд.
Ласери са електричном пумпом се односе на ласере који се побуђују струјом, гасни ласери се углавном побуђују гасним пражњењем, док се полупроводнички ласери углавном побуђују убризгавањем струје.
Скоро сви ласери у чврстом стању и течни ласери су ласери са оптичком пумпом, а полупроводнички ласери се користе као извор пумпе језгра за ласере са оптичком пумпом.
Ласери са хемијском пумпом се односе на ласере који користе енергију ослобођену хемијских реакција да побуђују радни материјал.
③Класификација према режиму рада
Ласери се према начину рада могу поделити на континуиране и импулсне ласере.
Континуални ласери имају стабилну расподелу броја честица на сваком енергетском нивоу и радијацијском пољу у шупљини, а њихов рад карактерише побуда радног материјала и одговарајући ласерски излаз на континуиран начин током дугог временског периода. . Континуирани ласери могу да емитују ласерско светло непрекидно током дужег временског периода, али термални ефекат је очигледнији.
Пулсни ласери се односе на временско трајање када се снага ласера одржава на одређеној вредности, а ласерско светло пуштају на дисконтинуални начин, са главним карактеристикама малог топлотног ефекта и добре контроле.
④ Класификација према излазној таласној дужини
Ласери се могу класификовати према таласној дужини као инфрацрвени ласери, видљиви ласери, ултраљубичасти ласери, дубоки ултраљубичасти ласери итд. Опсег таласних дужина светлости који могу да апсорбују различити структурирани материјали је различит, тако да су ласери различитих таласних дужина потребни за фину обраду различитих материјала или за различите сценарије примене.Инфрацрвени ласери и УВ ласери су два најчешће коришћена ласера. Инфрацрвени ласери се углавном користе у „термичкој обради“, где се материјал на површини материјала загрева и испарава (испарава) да би се материјал уклонио; у обради танкослојних неметалних материјала, резању полупроводничких плочица, органском резању стакла, бушењу, обележавању и другим пољима, високој енергији У области обраде танкослојних неметалних материјала, резању полупроводничких плочица, сечењу органског стакла, бушењу, обележавању, итд., УВ фотони високе енергије директно разбијају молекуларне везе на површини неметалних материјала, тако да се молекули могу одвојити од објекта, а ова метода не производи реакцију високе топлоте, па се обично назива "хладна". обрада“.
Због високе енергије УВ фотона, тешко је генерисати континуирани УВ ласер велике снаге помоћу спољашњег извора побуде, тако да се УВ ласер генерално генерише применом методе конверзије фреквенције нелинеарног ефекта кристалног материјала, тако да се струја широко користи индустријска област УВ ласера су углавном УВ ласери у чврстом стању.
(4) Индустријски ланац
Узводно у индустријском ланцу је употреба полупроводничких сировина, врхунске опреме и пратећег производног прибора за производњу ласерских језгара и оптоелектронских уређаја, што је камен темељац ласерске индустрије и има висок приступни праг. Средњи ток индустријског ланца је употреба узводних ласерских чипова и оптоелектронских уређаја, модула, оптичких компоненти итд. као извора пумпи за производњу и продају различитих ласера, укључујући директне полупроводничке ласере, ласере са угљен-диоксидом, ласере у чврстом стању, фибер ласери итд.; низводна индустрија се углавном односи на области примене различитих ласера, укључујући опрему за индустријску обраду, ЛИДАР, оптичке комуникације, медицинску лепоту и друге примењене индустрије
①Узводни добављачи
Сирови материјали за упстреам производе као што су полупроводнички ласерски чипови, уређаји и модули су углавном различити материјали чипова, влакнасти материјали и машински обрађени делови, укључујући подлоге, хладњаке, хемикалије и комплете кућишта. Прерада чипса захтева висок квалитет и перформансе узводних сировина, углавном од страних добављача, али се степен локализације постепено повећава, и постепено се постиже независна контрола. Перформансе главних узводних сировина имају директан утицај на квалитет полупроводничких ласерских чипова, уз континуирано побољшање перформанси различитих материјала за чипове, како би побољшали перформансе индустријских производа, играју позитивну улогу у промовисању.
② Ланац индустрије средњег тока
Полупроводнички ласерски чип је основни извор светлости пумпе за различите типове ласера у средњем току индустријског ланца и игра позитивну улогу у промовисању развоја ласера средњег тока. У области ласера средњег тока доминирају Сједињене Државе, Немачка и друга прекоморска предузећа, али након брзог развоја домаће ласерске индустрије последњих година, средње тржиште индустријског ланца постигло је брзу домаћу супституцију.
③Индустријски ланац низводно
Низводна индустрија има већу улогу у промовисању развоја индустрије, па ће развој низводне индустрије директно утицати на тржишни простор индустрије. Континуирани раст кинеске привреде и појава стратешких могућности за економску трансформацију створили су боље развојне услове за развој ове индустрије. Кина се из земље производње креће у производну електрану, а низводни ласери и ласерска опрема су један од кључева за надоградњу производне индустрије, која пружа добро окружење потражње за дугорочно унапређење ове индустрије. Захтеви ниже индустрије за индексом перформанси полупроводничких ласерских чипова и њихових уређаја се повећавају, а домаћа предузећа постепено улазе на тржиште ласера велике снаге са тржишта ласера мале снаге, тако да индустрија мора континуирано да повећава улагања у области технолошког истраживања. и развој и независне иновације.
2. статус развоја индустрије полупроводничких ласера
Полупроводнички ласери имају најбољу ефикасност конверзије енергије међу свим врстама ласера, с једне стране, могу се користити као извор пумпе за језгро ласера са оптичким влакнима, ласера у чврстом стању и других ласера са оптичком пумпом. С друге стране, уз континуирани напредак технологије полупроводничких ласера у смислу енергетске ефикасности, светлине, животног века, вишеталасне дужине, брзине модулације, итд., полупроводнички ласери се широко користе у обради материјала, медицини, оптичкој комуникацији, оптичком сензору, одбрана, итд. Према Ласер Фоцус Ворлд, укупан глобални приход од диодних ласера, односно полупроводничких ласера и недиодних ласера, процењује се на 18.480 милиона долара у 2021. години, при чему полупроводнички ласери чине 43% укупног прихода.
Према Ласер Фоцус Ворлд-у, глобално тржиште полупроводничких ласера износиће 6.724 милиона долара у 2020. години, што је повећање од 14,20% у односу на претходну годину. Са развојем глобалне интелигенције, растућом потражњом за ласерима у паметним уређајима, потрошачкој електроници, новој енергији и другим областима, као и континуираном експанзијом медицинске, козметичке опреме и других нових апликација, полупроводнички ласери се могу користити као извор пумпе. за ласере са оптичком пумпом, а величина тржишта ће наставити да одржава стабилан раст. Глобално тржиште полупроводничких ласера у 2021. износи 7,946 милијарди долара, стопа раста тржишта од 18,18%.
Заједничким напорима техничких стручњака и предузећа и практичара, кинеска полупроводничка ласерска индустрија постигла је изванредан развој, тако да је кинеска полупроводничка ласерска индустрија искусила процес од нуле, и почетак прототипа кинеске индустрије полупроводничких ласера. Последњих година Кина је повећала развој ласерске индустрије, а различити региони су посвећени научним истраживањима, унапређењу технологије, развоју тржишта и изградњи ласерских индустријских паркова под вођством владе и сарадње ласерских предузећа.
3. Тренд будућег развоја кинеске ласерске индустрије
У поређењу са развијеним земљама у Европи и Сједињеним Државама, кинеска ласерска технологија не касни, али у примени ласерске технологије и врхунске технологије језгра још увек постоји значајан јаз, посебно узводни полупроводнички ласерски чип и друге основне компоненте и даље зависно од увоза.
Развијене земље које представљају Сједињене Државе, Немачка и Јапан су у основи завршиле замену традиционалне производне технологије у неким великим индустријским областима и ушле у еру „лаке производње“; иако је развој ласерских апликација у Кини брз, али стопа пенетрације апликација је и даље релативно ниска. Као основна технологија индустријске надоградње, ласерска индустрија ће наставити да буде кључна област националне подршке, и наставиће да шири обим примене, и на крају промовише кинеску производну индустрију у еру „лаке производње“. Из тренутне развојне ситуације, развој кинеске ласерске индустрије показује следеће трендове развоја.
(1) Полупроводнички ласерски чип и друге компоненте језгра постепено остварују локализацију
Узмите влакнасти ласер као пример, извор ласерске пумпе велике снаге је главна област примене полупроводничког ласера, полупроводнички ласерски чип велике снаге и модул је важна компонента ласера са влакнима. Последњих година кинеска ласерска индустрија оптичких влакана је у фази брзог раста, а степен локализације расте из године у годину.
Што се тиче продора на тржиште, на тржишту оптичких ласера мале снаге, тржишни удео домаћих ласера је достигао 99,01% у 2019. години; на тржишту фибер ласера средње снаге, стопа пенетрације домаћих ласера се одржава на више од 50% последњих година; процес локализације фибер ласера велике снаге такође постепено напредује, од 2013. до 2019. да би се постигао „од нуле“. Процес локализације оптичких ласера велике снаге такође постепено напредује, од 2013. до 2019. године, и достигао је стопу пенетрације од 55,56%, а очекује се да ће домаћа стопа пенетрације ласера са влакнима велике снаге бити 57,58% у 2020. години.
Међутим, компоненте језгра као што су полупроводнички ласерски чипови велике снаге и даље зависе од увоза, а узводне компоненте ласера са полупроводничким ласерским чиповима као језгро се постепено локализују, што с једне стране побољшава тржишну скалу узводних компоненти домаће ласере, а са друге стране, локализацијом узводних компоненти језгра, може побољшати способност домаћих произвођача ласера да учествују у међународној конкуренцији.
(2) Ласерске апликације продиру брже и шире
Са постепеном локализацијом узводних оптоелектронских компоненти и постепеним смањењем трошкова примене ласера, ласери ће дубље продрети у многе индустрије.
С једне стране, за Кину, ласерска обрада се такође уклапа у првих десет области примене кинеске производне индустрије, а очекује се да ће области примене ласерске обраде бити даље проширене, а тржишна скала ће бити додатно проширена у будућности. С друге стране, уз континуирану популаризацију и развој технологија као што су напредни систем за асистенцију вожње без возача, робот оријентисан на услуге, 3Д сенсинг, итд., биће све више примењена у многим областима као што су аутомобили, вештачка интелигенција, потрошачка електроника , препознавање лица, оптичка комуникација и истраживање националне одбране. Као основни уређај или компонента горе наведених ласерских апликација, полупроводнички ласер ће такође добити простор за брзи развој.
(3) Већа снага, бољи квалитет зрака, краћа таласна дужина и бржи развој правца фреквенције
У области индустријских ласера, фибер ласери су направили велики напредак у погледу излазне снаге, квалитета зрака и осветљености од њиховог увођења. Међутим, већа снага може побољшати брзину обраде, оптимизовати квалитет обраде и проширити поље обраде на производњу тешке индустрије, у аутомобилској производњи, производњи ваздухопловства, енергетики, производњи машина, металургији, изградњи железничког транспорта, научним истраживањима и другим областима примене у резању , заваривање, површинска обрада итд., захтеви за снагом ласера са влакнима настављају да расту. Одговарајући произвођачи уређаја треба да континуирано побољшавају перформансе основних уређаја (као што су полупроводнички ласерски чип велике снаге и влакна за појачање), повећање снаге ласера са влакнима такође захтева напредну технологију ласерске модулације као што је комбиновање снопа и синтеза снаге, што ће донети нове захтеве и изазови за произвођаче полупроводничких ласерских чипова велике снаге. Поред тога, краће таласне дужине, више таласних дужина, бржи (ултрабрзи) развој ласера је такође важан правац, који се углавном користи у чиповима интегрисаних кола, дисплејима, потрошачкој електроници, ваздухопловству и другим прецизним микропроцесирањем, као и наукама о животу, медицини, сензорима и другим поља, полупроводнички ласерски чип такође поставља нове захтеве.
(4) за ласерске оптоелектронске компоненте велике снаге захтева даљи раст
Развој и индустријализација влакнастог ласера велике снаге резултат је синергистичког напретка индустријског ланца, који захтева подршку основних оптоелектронских компоненти као што су извор пумпе, изолатор, концентратор зрака, итд. Оптоелектронске компоненте које се користе у високонапонским фибер ласер су основа и кључне компоненте његовог развоја и производње, а растуће тржиште ласера са влакнима велике снаге такође покреће потражњу тржишта за основним компонентама као што су полупроводнички ласерски чипови велике снаге. Истовремено, уз континуирано унапређење домаће технологије фибер ласера, супституција увоза постала је неизбежан тренд, удео на тржишту ласера у свету ће наставити да се побољшава, што такође доноси велике могућности за локалну снагу произвођача оптоелектронских компоненти.
Време поста: мар-07-2023
