1. Superrigardo de la lasera industrio
(1) Enkonduko al Lasero
Lasero (angle: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, mallongigita kiel LASERO) estas kolimatita, monokromata, kohera, direkta lumfasko produktita per la amplifikado de lumradiado je mallarĝa frekvenco per ekscitita resonanco kaj radiado.
Lasera teknologio originis en la fruaj 1960-aj jaroj, kaj pro sia tute malsama naturo ol ordinara lumo, lasero baldaŭ estis vaste uzata en diversaj kampoj kaj profunde influis la disvolviĝon kaj transformiĝon de scienco, teknologio, ekonomio kaj socio.
La naskiĝo de la lasero draste ŝanĝis la aspekton de antikva optiko, vastigante klasikan optikan fizikon en novan altteknologian disciplinon, kiu ampleksas kaj klasikan optikon kaj modernan fotonikon, farante neanstataŭigeblan kontribuon al la disvolviĝo de la homa ekonomio kaj socio. Esplorado pri lasera fiziko kontribuis al la prospero de du gravaj branĉoj de moderna fotonika fiziko: energia fotoniko kaj informa fotoniko. Ĝi kovras nelinearan optikon, kvantumoptiko, kvantumkomputikon, lasersensadon kaj komunikadon, laseran plasmofizikon, laserkemion, laserbiologion, lasermedicinon, ultra-precizan laserspektroskopion kaj metrologion, laseran atomfizikon inkluzive de lasermalvarmigo kaj esplorado pri Bose-Einstein-kondensita materio, laserajn funkciajn materialojn, laserfabrikadon, laseran mikro-optoelektronikan icofabrikadon, laseran 3D-presadon kaj pli ol 20 internaciajn frontajn disciplinojn kaj teknologiajn aplikojn. La Fako de Lasera Scienco kaj Teknologio (DSL) estis establita en la jenaj areoj.
En la lasera fabrikada industrio, la mondo eniris la epokon de "malpeza fabrikado". Laŭ internaciaj statistikoj pri la lasera industrio, 50% de la jara MEP de Usono rilatas al la rapida merkata ekspansio de altnivelaj laseraj aplikoj. Pluraj evoluintaj landoj, reprezentitaj de Usono, Germanio kaj Japanio, baze kompletigis la anstataŭigon de tradiciaj procezoj per lasera prilaborado en gravaj fabrikadaj industrioj kiel aŭtomobila kaj aviada. Lasero en industria fabrikado montris grandan potencialon por malaltkostaj, altkvalitaj, alt-efikecaj kaj specialaj fabrikadaj aplikoj, kiujn ne eblas atingi per konvencia fabrikado, kaj fariĝis grava motoro de konkurenco kaj novigado inter la ĉefaj industriaj landoj de la mondo. Landoj aktive subtenas laserteknologion kiel unu el siaj plej gravaj avangardaj teknologioj kaj evoluigis naciajn planojn por disvolvi la laseran industrion.
(2)LaseroFonto Pprincipo
La lasero estas aparato, kiu uzas ekscititan radiadon por produkti videblan aŭ nevideblan lumon, kun kompleksa strukturo kaj altaj teknikaj baroj. La optika sistemo konsistas ĉefe el pumpfonto (ekscita fonto), gajnomedio (labora substanco) kaj resonanca kavaĵo kaj aliaj optikaj aparato-materialoj. La gajnomedio estas la fonto de fotongenerado, kaj sorbante la energion generitan de la pumpfonto, la gajnomedio saltas de la baza stato al la ekscitita stato. Ĉar la ekscitita stato estas malstabila, tiam la gajnomedio liberigos energion por reveni al la stabila stato de la baza stato. En ĉi tiu procezo de energiliberigo, la gajnomedio produktas fotonojn, kaj ĉi tiuj fotonoj havas altan gradon de konstanteco en energio, ondolongo kaj direkto, ili konstante reflektiĝas en la optika resonanca kavaĵo, reciproke moviĝas, por kontinue amplifikiĝi, kaj fine elĵetas la laseron tra la reflektoro por formi laseran radion. Kiel la kerna optika sistemo de la fina ekipaĵo, la rendimento de la lasero ofte rekte determinas la kvaliton kaj potencon de la elira radio de la lasera ekipaĵo, kaj estas la kerna komponanto de la fina lasera ekipaĵo.
La pumpfonto (ekscita fonto) provizas energian eksciton al la gajnomedio. La gajnomedio estas ekscitita por produkti fotonojn por generi kaj amplifiki la laseron. La resonanca kavaĵo estas la loko, kie la fotonaj karakterizaĵoj (frekvenco, fazo kaj funkciada direkto) estas reguligitaj por akiri altkvalitan eliran lumfonton per kontrolado de la fotonaj osciladoj en la kavaĵo. La pumpfonto (ekscita fonto) provizas la energian eksciton por la gajnomedio. La gajnomedio estas ekscitita por produkti fotonojn por generi kaj amplifiki la laseron. La resonanca kavaĵo estas la loko, kie la fotonaj karakterizaĵoj (frekvenco, fazo kaj funkciada direkto) estas agorditaj por akiri altkvalitan eliran lumfonton per kontrolado de la fotonaj osciladoj en la kavaĵo.
(3)Klasifiko de Lasera Fonto
Lasera fonto povas esti klasifikita laŭ gajnomedio, elira ondolongo, operacia reĝimo kaj pumpadreĝimo, jene
① Klasifiko laŭ gajnomedio
Laŭ la malsamaj gajno-medioj, laseroj povas esti dividitaj en solidstatajn (inkluzive de solidaj, duonkonduktaĵaj, fibraj, hibridaj), likvaj laseroj, gasaj laseroj, ktp.
| LaseroFontoTipo | Gajno-amaskomunikilaro | Ĉefaj Trajtoj |
| Solidstata Lasera Fonto | Solidoj, Duonkonduktaĵoj, Fibro-Optiko, Hibrido | Bona stabileco, alta potenco, malaltaj bontenadkostoj, taŭga por industriigo |
| Likva Lasera Fonto | Kemiaj likvaĵoj | Laŭvola ondolongo-intervalo trafita, sed granda grandeco kaj alta bontenado-kosto |
| Gasa Lasera Fonto | Gasoj | Altkvalita lasera lumfonto, sed pli granda grandeco kaj pli altaj bontenadkostoj |
| Libera Elektrona Lasera Fonto | Elektronfasko en specifa magneta kampo | Ultra-alta potenco kaj altkvalita lasera eligo atingeblas, sed la fabrikada teknologio kaj produktokostoj estas tre altaj. |
Pro la bona stabileco, alta potenco kaj malaltaj bontenadkostoj, la apliko de solidstataj laseroj estas absoluta avantaĝo.
Inter solidstataj laseroj, duonkonduktaĵaj laseroj havas la avantaĝojn de alta efikeco, malgranda grandeco, longa vivdaŭro, malalta energikonsumo, ktp. Unuflanke, ili povas esti rekte aplikataj kiel la kerna lumfonto kaj subteno por lasera prilaborado, medicinaj, komunikaj, sensaj, ekranaj, monitoraj kaj defendaj aplikoj, kaj fariĝis grava bazo por la disvolviĝo de moderna laserteknologio kun strategia disvolviĝa signifo.
Aliflanke, duonkonduktaĵaj laseroj ankaŭ povas esti uzataj kiel la kerno-pumpada lumfonto por aliaj laseroj kiel ekzemple solidstataj laseroj kaj fibraj laseroj, multe antaŭenigante la teknologian progreson de la tuta laserkampo. Ĉiuj gravaj industrilandoj en la mondo inkluzivis ĝin en siajn naciajn disvolviĝajn planojn, donante fortan subtenon kaj atingante rapidan disvolviĝon.
② Laŭ la pumpmetodo
Laseroj povas esti dividitaj en elektre pumpitajn, optike pumpitajn, kemie pumpitajn laserojn, ktp. laŭ la pumpadmetodo.
Elektre pumpitaj laseroj rilatas al laseroj ekscititaj per kurento, gaslaseroj estas plejparte ekscititaj per gasa malŝargo, dum duonkonduktaĵaj laseroj estas plejparte ekscititaj per kurenta injekto.
Preskaŭ ĉiuj solidstataj laseroj kaj likvaj laseroj estas optikaj pumplaseroj, kaj duonkonduktaĵaj laseroj estas uzataj kiel la kerna pumpadfonto por optikaj pumplaseroj.
Kemie pumpitaj laseroj rilatas al laseroj, kiuj uzas la energion liberigitan de kemiaj reakcioj por eksciti la labormaterialon.
③Klasifiko laŭ funkciado-reĝimo
Laseroj povas esti dividitaj en kontinuajn laserojn kaj pulsajn laserojn laŭ ilia funkciado.
Kontinuaj laseroj havas stabilan distribuon de la nombro da partikloj ĉe ĉiu energinivelo kaj la radiadkampo en la kavaĵo, kaj ilia funkciado karakteriziĝas per la ekscito de la labora materialo kaj la koresponda lasera eligo kontinue dum longa tempodaŭro. Kontinuaj laseroj povas eligi laseran lumon kontinue dum pli longa tempodaŭro, sed la termika efiko estas pli evidenta.
Pulsitaj laseroj rilatas al la tempodaŭro kiam la lasera potenco estas konservata je certa valoro, kaj eligas laseran lumon malkontinue, kun la ĉefaj karakterizaĵoj de malgranda termika efiko kaj bona stirebleco.
④ Klasifiko laŭ elira ondolongo
Laseroj povas esti klasifikitaj laŭ ondolongo kiel infraruĝaj laseroj, videblaj laseroj, ultraviolaj laseroj, profundaj ultraviolaj laseroj, kaj tiel plu. La ondolonga gamo de lumo, kiun povas absorbi malsamaj strukturitaj materialoj, estas malsama, do laseroj de malsamaj ondolongoj estas necesaj por fajna prilaborado de malsamaj materialoj aŭ por malsamaj aplikaj scenaroj.Infraruĝaj laseroj kaj UV-laseroj estas la du plej vaste uzataj laseroj. Infraruĝaj laseroj estas ĉefe uzataj en "termika prilaborado", kie la materialo sur la surfaco de la materialo estas varmigita kaj vaporigita (vaporigita) por forigi la materialon; en la prilaborado de maldikaj filmaj nemetalaj materialoj, tranĉado de duonkonduktaĵaj sigeloj, tranĉado de organika vitro, borado, markado kaj aliaj kampoj, altenergiaj UV-fotonoj rekte rompas la molekulajn ligojn sur la surfaco de nemetalaj materialoj, tiel ke la molekuloj povas esti apartigitaj de la objekto, kaj ĉi tiu metodo ne produktas altvarman reagon, tial ĝi kutime nomiĝas "malvarma prilaborado".
Pro la alta energio de UV-fotonoj, malfacilas generi certan altpotencan kontinuan UV-laseron per ekstera ekscita fonto, do la UV-lasero estas ĝenerale generita per apliko de kristala materiala nelineara efika frekvenca konverta metodo, do la nuna vaste uzata industria kampo de UV-laseroj estas ĉefe solidstataj UV-laseroj.
(4) Industria ĉeno
La suprenflua parto de la industria ĉeno estas la uzo de duonkonduktaĵaj krudmaterialoj, altkvalita ekipaĵo kaj rilataj produktadaj akcesoraĵoj por fabriki laserajn kernojn kaj optoelektronikaj aparatoj, kio estas la bazŝtono de la lasera industrio kaj havas altan alirsojlon. La meza parto de la industria ĉeno estas la uzo de suprenfluaj laseraj blatoj kaj optoelektronikaj aparatoj, moduloj, optikaj komponantoj, ktp. kiel pumpfontoj por la fabrikado kaj vendado de diversaj laseroj, inkluzive de rektaj duonkonduktaĵaj laseroj, karbondioksidaj laseroj, solidstataj laseroj, fibraj laseroj, ktp.; la malsuprenflua industrio ĉefe rilatas al la aplikaj areoj de diversaj laseroj, inkluzive de industriaj prilaboraj ekipaĵoj, LIDAR, optikaj komunikadoj, medicina beleco kaj aliaj aplikaj industrioj.
① Kontraŭfluaj provizantoj
La krudmaterialoj por fabrikado de antaŭfabrikitaj produktoj, kiel ekzemple duonkonduktaĵaj laseraj blatoj, aparatoj kaj moduloj, estas ĉefe diversaj ĉipaj materialoj, fibraj materialoj kaj maŝinprilaboritaj partoj, inkluzive de substratoj, varmoradiatoroj, kemiaĵoj kaj loĝejaroj. La ĉipa prilaborado postulas altan kvaliton kaj rendimenton de antaŭfabrikitaj krudmaterialoj, ĉefe de eksterlandaj provizantoj, sed la grado de lokalizo iom post iom kreskas, kaj iom post iom oni atingas sendependan kontrolon. La rendimento de la ĉefaj antaŭfabrikitaj krudmaterialoj havas rektan efikon sur la kvaliton de duonkonduktaĵaj laseraj blatoj. Kun la kontinua plibonigo de la rendimento de diversaj ĉipaj materialoj, la plibonigo de la rendimento de la industriaj produktoj ludas pozitivan rolon en la antaŭenigo.
②Mezflua industria ĉeno
Duonkondukta lasera ĉipo estas la kerna pumpilfonto de diversaj specoj de laseroj en la meza fluo de la industria ĉeno, kaj ludas pozitivan rolon en antaŭenigado de la disvolviĝo de mezaj laseroj. En la kampo de mezaj laseroj, Usono, Germanio kaj aliaj transmaraj entreprenoj dominas, sed post la rapida disvolviĝo de la hejma laserindustrio en la lastaj jaroj, la meza merkato de la industria ĉeno atingis rapidan hejman anstataŭigon.
③Industria ĉeno laŭflue
La malsuprenflua industrio havas pli grandan rolon en la antaŭenigo de la disvolviĝo de la industrio, do la disvolviĝo de la malsuprenflua industrio rekte influos la merkatan spacon de la industrio. La kontinua kresko de la ĉina ekonomio kaj la apero de strategiaj ŝancoj por ekonomia transformo kreis pli bonajn disvolviĝajn kondiĉojn por la disvolviĝo de ĉi tiu industrio. Ĉinio moviĝas de fabrikada lando al fabrikada potenco, kaj malsuprenfluaj laseroj kaj lasera ekipaĵo estas unu el la ŝlosiloj por ĝisdatigi la fabrikadan industrion, kio provizas bonan postulmedion por la longdaŭra plibonigo de ĉi tiu industrio. La postuloj de la malsuprenflua industrio pri la rendimenta indico de duonkonduktaĵaj laseraj blatoj kaj iliaj aparatoj kreskas, kaj hejmaj entreprenoj iom post iom eniras la altpotencan laseran merkaton de la malaltpotenca lasera merkato, do la industrio devas kontinue pliigi la investon en la kampo de teknologia esplorado kaj disvolviĝo kaj sendependa novigado.
2. stato de disvolviĝo de la duonkonduktaĵa lasera industrio
Duonkonduktaj laseroj havas la plej bonan energi-konvertan efikecon inter ĉiuj specoj de laseroj. Unuflanke, ili povas esti uzataj kiel la kerna pumpfonto de optikfibraj laseroj, solidstataj laseroj kaj aliaj optikaj pumplaseroj. Aliflanke, kun la kontinua sukceso de duonkondukta laserteknologio rilate al energia efikeco, brileco, vivdaŭro, mult-ondolongo, modulacia rapideco, ktp., duonkonduktaj laseroj estas vaste uzataj en materialprilaborado, medicino, optika komunikado, optika sensado, defendo, ktp. Laŭ Laser Focus World, la totala tutmonda enspezo de diodlaseroj, t.e., duonkonduktaj laseroj kaj ne-diodaj laseroj, estas taksita je 18 480 milionoj da usonaj dolaroj en 2021, kun duonkonduktaj laseroj respondecaj pri 43% de la totala enspezo.
Laŭ Laser Focus World, la tutmonda merkato por duonkonduktaĵaj laseroj atingos 6.724 milionojn da usonaj dolaroj en 2020, pliiĝo de 14,20% kompare kun la antaŭa jaro. Kun la disvolviĝo de tutmonda inteligenteco, la kreskanta postulo je laseroj en inteligentaj aparatoj, konsumelektroniko, nova energio kaj aliaj kampoj, kaj ankaŭ la daŭra vastiĝo de medicinaj, belec-ekipaĵoj kaj aliaj emerĝantaj aplikoj, duonkonduktaĵaj laseroj povas esti uzataj kiel pumpfonto por optikaj pumplaseroj, kaj ĝia merkata grandeco daŭre subtenos stabilan kreskon. La tutmonda merkato por duonkonduktaĵaj laseroj en 2021 atingis 7,946 miliardojn da usonaj dolaroj, kun merkata kreskorapideco de 18,18%.
Per kunaj klopodoj de teknikaj fakuloj kaj entreprenoj kaj praktikistoj, la ĉina duonkondukta lasera industrio atingis eksterordinaran disvolviĝon, tiel ke la ĉina duonkondukta lasera industrio spertis la procezon de nulo, kaj la komencon de la prototipo de la ĉina duonkondukta lasera industrio. En la lastaj jaroj, Ĉinio pliigis la disvolviĝon de la lasera industrio, kaj diversaj regionoj dediĉis sin al scienca esplorado, teknologia plibonigo, merkata disvolviĝo kaj la konstruado de laseraj industriaj parkoj sub la gvido de la registaro kaj la kunlaboro de laseraj entreprenoj.
3. Estonta disvolviĝa tendenco de la ĉina laserindustrio
Kompare kun evoluintaj landoj en Eŭropo kaj Usono, la laserteknologio de Ĉinio ne malfruas, sed en la apliko de laserteknologio kaj altkvalita kerna teknologio ankoraŭ ekzistas konsiderinda breĉo, precipe la kontraŭflua duonkondukta laserĉipo kaj aliaj kernaj komponantoj ankoraŭ dependas de importado.
La evoluintaj landoj reprezentitaj de Usono, Germanio kaj Japanio baze kompletigis la anstataŭigon de tradicia fabrikada teknologio en kelkaj grandaj industriaj kampoj kaj eniris la epokon de "malpeza fabrikado"; kvankam la disvolviĝo de laseraj aplikoj en Ĉinio estas rapida, la penetrado-rapideco de aplikoj estas ankoraŭ relative malalta. Kiel la kerna teknologio de industria plibonigo, la lasera industrio daŭre estos ŝlosila areo de nacia subteno, kaj daŭre vastigos la amplekson de aplikoj, kaj finfine antaŭenigos la ĉinan fabrikadan industrion al la "malpeza fabrikada" epoko. Konsiderante la nunan disvolviĝan situacion, la disvolviĝo de la ĉina lasera industrio montras la jenajn disvolviĝajn tendencojn.
(1) Duonkondukta lasera ĉipo kaj aliaj kernaj komponantoj iom post iom realigas lokalizon
Prenu fibran laseron kiel ekzemplon, altpotenca fibra lasera pumpfonto estas la ĉefa aplika areo de duonkondukta lasero, altpotenca duonkondukta lasera peceto kaj modulo estas grava komponanto de fibra lasero. En la lastaj jaroj, la ĉina optika fibra lasera industrio estas en rapida kreskofazo, kaj la grado de lokalizo kreskas jaron post jaro.
Rilate al merkata penetrado, en la merkato de malalt-potencaj fibraj laseroj, la merkata parto de hejmaj laseroj atingis 99.01% en 2019; en la merkato de mez-potencaj fibraj laseroj, la penetra indico de hejmaj laseroj estis konservita je pli ol 50% en la lastaj jaroj; la lokaliza procezo de alt-potencaj fibraj laseroj ankaŭ iom post iom progresas, de 2013 ĝis 2019 por atingi "de nulo". La lokaliza procezo de alt-potencaj fibraj laseroj ankaŭ iom post iom progresas, de 2013 ĝis 2019, kaj atingis penetran indicon de 55.56%, kaj la hejma penetra indico de alt-potencaj fibraj laseroj estas atendata esti 57.58% en 2020.
Tamen, kernaj komponantoj kiel altpotencaj duonkonduktaĵaj laseraj blatoj ankoraŭ dependas de importado, kaj la kontraŭfluaj komponantoj de laseroj kun duonkonduktaĵaj laseraj blatoj kiel kerno iom post iom lokiĝas, kio unuflanke plibonigas la merkatan skalon de la kontraŭfluaj komponantoj de hejmaj laseroj, kaj aliflanke, kun la lokalizo de la kontraŭfluaj kernaj komponantoj, ĝi povas plibonigi la kapablon de hejmaj laserproduktantoj partopreni en internacia konkurenco.
(2) Laseraj aplikoj penetras pli rapide kaj pli vaste
Kun la laŭpaŝa lokalizo de kontraŭfluaj kernaj optoelektronikaj komponantoj kaj la laŭpaŝa malpliiĝo de kostoj de laseraplikaĵo, laseroj penetros pli profunde en multajn industriojn.
Unuflanke, por Ĉinio, lasera prilaborado ankaŭ troviĝas inter la dek ĉefaj aplikaj areoj de la ĉina manufaktura industrio, kaj oni atendas, ke la aplikaj areoj de lasera prilaborado plue vastiĝos kaj la merkata skalo plue vastiĝos en la estonteco. Aliflanke, kun la kontinua popularigo kaj disvolviĝo de teknologioj kiel senŝofora, progresinta helpata vetursistemo, servorientita roboto, 3D-sensado, ktp., ĝi estos pli aplikata en multaj kampoj kiel aŭtomobiloj, artefarita inteligenteco, konsumelektroniko, vizaĝrekono, optika komunikado kaj nacia defenda esplorado. Kiel kerna aparato aŭ komponanto de la supre menciitaj laseraj aplikoj, la duonkondukta lasero ankaŭ gajnos rapidan disvolviĝan spacon.
(3) Pli alta potenco, pli bona traba kvalito, pli mallonga ondolongo kaj pli rapida evoluo de frekvenca direkto
En la kampo de industriaj laseroj, fibraj laseroj faris grandan progreson rilate al elira potenco, lumkvalito kaj brileco ekde sia enkonduko. Tamen, pli alta potenco povas plibonigi la prilaboran rapidon, optimumigi la prilaboran kvaliton, kaj vastigi la prilaboran kampon al peza industrio. En aŭtomobila fabrikado, aerspaca fabrikado, energio, maŝinfabrikado, metalurgio, fervoja transporta konstruado, scienca esplorado kaj aliaj aplikaj kampoj kiel tranĉado, veldado, surfactraktado, ktp., la potenco-postuloj de fibra lasero daŭre kreskas. La fabrikantoj de koncernaj aparatoj bezonas kontinue plibonigi la rendimenton de kernaj aparatoj (kiel altpotencaj duonkonduktaĵaj laseraj ĉipoj kaj gajno-fibro), la pliigo de la potenco de fibra lasero ankaŭ postulas progresintan laseran moduladteknologion kiel lumkombinado kaj potenco-sintezo, kio alportos novajn postulojn kaj defiojn al fabrikantoj de altpotencaj duonkonduktaĵaj laseraj ĉipoj. Krome, pli mallongaj ondolongoj, pli da ondolongoj, pli rapida (ultrarapida) laserdisvolviĝo ankaŭ estas grava direkto, ĉefe uzata en integracirkvitaj ĉipoj, ekranoj, konsumelektroniko, aerspaca kaj alia preciza mikroprilaborado, same kiel vivsciencoj, medicina, sensado kaj aliaj kampoj, la duonkonduktaĵaj laseraj ĉipoj ankaŭ prezentas novajn postulojn.
(4) la postulo pri plia kresko de la postulo pri altpotencaj laseraj optoelektronikaj komponantoj
La disvolviĝo kaj industriigo de altpotencaj fibraj laseroj estas la rezulto de la sinergia progreso de la industria ĉeno, kiu postulas la subtenon de kernaj optoelektronikaj komponantoj kiel pumpfonto, izolilo, radiokoncentrilo, ktp. La optoelektronikaj komponantoj uzataj en altpotencaj fibraj laseroj estas la bazo kaj ŝlosilaj komponantoj de ĝia disvolviĝo kaj produktado, kaj la kreskanta merkato de altpotencaj fibraj laseroj ankaŭ pelas la merkatan postulon por kernaj komponantoj kiel altpotencaj duonkonduktaĵaj laseraj blatoj. Samtempe, kun la kontinua plibonigo de la hejma fibrolasera teknologio, importa anstataŭigo fariĝis neevitebla tendenco, kaj la lasera merkatparto en la mondo daŭre pliboniĝos, kio ankaŭ alportas grandajn ŝancojn por la loka forto de optoelektronikaj komponantoj-fabrikistoj.
Afiŝtempo: Mar-07-2023
