1. Laser industrie oorsig
(1) Laser Inleiding
Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, afgekort as LASER) is 'n gekollimeerde, monochromatiese, koherente, rigtinggewende ligstraal wat geproduseer word deur die versterking van ligstraling teen 'n smal frekwensie deur opgewekte terugvoerresonansie en straling.
Lasertegnologie het in die vroeë 1960's ontstaan, en as gevolg van sy heeltemal ander aard as gewone lig, is laser gou wyd in verskeie velde gebruik en het die ontwikkeling en transformasie van wetenskap, tegnologie, ekonomie en die samelewing ingrypend beïnvloed.
Die geboorte van die laser het die gesig van antieke optika dramaties verander, en het klassieke optiese fisika uitgebrei tot 'n nuwe hoëtegnologie-dissipline wat beide klassieke optika en moderne fotonika insluit, wat 'n onvervangbare bydrae tot die ontwikkeling van menslike ekonomie en samelewing maak. Laserfisika-navorsing het bygedra tot die bloei van twee groot takke van moderne fotoniese fisika: energiefotonika en inligtingsfotonika. Dit dek nie-lineêre optika, kwantumoptika, kwantumrekenaarkunde, laserwaarneming en kommunikasie, laserplasmafisika, laserchemie, laserbiologie, lasergeneeskunde, ultra-akkurate laserspektroskopie en metrologie, laser atoomfisika insluitend laserverkoeling en Bose-Einstein-navorsing oor gekondenseerde materie , laser funksionele materiale, laser vervaardiging, laser mikro-opto-elektroniese chip vervaardiging, laser 3D-drukwerk en meer as 20 internasionale grensdissiplines en tegnologiese toepassings. Die Departement Laserwetenskap en Tegnologie (DSL) is in die volgende gebiede gestig.
In die laservervaardigingsbedryf het die wêreld die era van "ligte vervaardiging" betree, volgens die internasionale laserbedryfstatistieke, hou 50% van die jaarlikse BBP van die Verenigde State1 verband met die vinnige markuitbreiding van hoëvlaklasertoepassings. Verskeie ontwikkelde lande, verteenwoordig deur die Verenigde State, Duitsland en Japan, het basies die vervanging van tradisionele prosesse met laserverwerking in groot vervaardigingsbedrywe soos motor- en lugvaart voltooi. Laser in industriële vervaardiging het groot potensiaal getoon vir laekoste, hoë gehalte, hoë doeltreffendheid en spesiale vervaardigingstoepassings wat nie deur konvensionele vervaardiging bereik kan word nie, en het 'n belangrike dryfveer van mededinging en innovasie onder die wêreld se groot nywerheidslande geword. Lande ondersteun aktief lasertegnologie as een van hul belangrikste voorpunttegnologieë en het nasionale laserindustrie-ontwikkelingsplanne ontwikkel.
(2)LaserBron Prinsipel
Die laser is 'n toestel wat opgewekte straling gebruik om sigbare of onsigbare lig te produseer, met komplekse struktuur en hoë tegniese hindernisse. Die optiese stelsel bestaan hoofsaaklik uit pompbron (opwekkingsbron), versterkingsmedium (werkstof) en resonante holte en ander optiese toestelmateriaal. Die versterkingsmedium is die bron van fotongenerering, en deur die energie wat deur die pompbron gegenereer word te absorbeer, spring die versterkingsmedium van die grondtoestand na die opgewekte toestand. Aangesien die opgewekte toestand onstabiel is, sal die versterkingsmedium op hierdie tydstip energie vrystel om terug te keer na die bestendige toestand van die grondtoestand. In hierdie proses van energievrystelling produseer die versterkingsmedium fotone, en hierdie fotone het 'n hoë mate van konsekwentheid in energie, golflengte en rigting, hulle word voortdurend in die optiese resonante holte gereflekteer, wederkerige beweging, om sodoende voortdurend te versterk, en uiteindelik skiet die laser deur die weerkaatser uit om 'n laserstraal te vorm. As die kern optiese stelsel van die terminale toerusting, bepaal die prestasie van die laser dikwels direk die kwaliteit en krag van die uitsetstraal van die lasertoerusting, is die kernkomponent van die terminale lasertoerusting.
Die pompbron (opwekkingsbron) verskaf energie-opwekking aan die opwekkingsmedium. Die versterkingsmedium word opgewonde om fotone te produseer om die laser te genereer en te versterk. Die resonante holte is die plek waar die foton eienskappe (frekwensie, fase en rigting van werking) gereguleer word om 'n hoë kwaliteit uitset ligbron te verkry deur die foton ossillasies in die holte te beheer. Die pompbron (opwekkingsbron) verskaf die energie-opwekking vir die opwekkingsmedium. Die versterkingsmedium word opgewonde om fotone te produseer om die laser te genereer en te versterk. Die resonante holte is die plek waar die foton eienskappe (frekwensie, fase en rigting van werking) aangepas word om 'n hoë kwaliteit uitset ligbron te verkry deur die foton ossillasies in die holte te beheer.
(3)Klassifikasie van laserbron
Laserbron kan geklassifiseer word volgens winsmedium, uitsetgolflengte, werkingsmodus en pompmodus, soos volg
① Klassifikasie volgens winsmedium
Volgens die verskillende versterkingsmedia kan lasers verdeel word in vaste toestand (insluitend vastestof, halfgeleier, vesel, baster), vloeibare lasers, gaslasers, ens.
| LaserBronTik | Kry Media | Belangrikste kenmerke |
| Solid State Laser Bron | Vaste stowwe, halfgeleiers, optiese vesel, hibriede | Goeie stabiliteit, hoë krag, lae onderhoudskoste, geskik vir industrialisasie |
| Vloeibare laserbron | Chemiese vloeistowwe | Opsionele golflengtereeks tref, maar groot grootte en hoë onderhoudskoste |
| Gaslaserbron | Gasse | Hoë kwaliteit laserligbron, maar groter grootte en hoër onderhoudskoste |
| Gratis elektronlaserbron | Elektronstraal in 'n spesifieke magneetveld | Ultrahoë krag en hoë kwaliteit laseruitset kan behaal word, maar vervaardigingstegnologie en produksiekoste is baie hoog |
As gevolg van die goeie stabiliteit, hoë krag en lae onderhoudskoste, trek die toepassing van vastestoflasers absolute voordeel.
Onder vastestoflasers het halfgeleierlasers die voordele van hoë doeltreffendheid, klein grootte, lang lewe, lae energieverbruik, ens. Aan die een kant kan hulle direk toegepas word as die kernligbron en ondersteuning vir laserverwerking, medies, kommunikasie-, waarnemings-, vertoon-, monitering- en verdedigingstoepassings, en het 'n belangrike basis geword vir die ontwikkeling van moderne lasertegnologie met strategiese ontwikkelingsbelangrikheid.
Aan die ander kant kan halfgeleierlasers ook gebruik word as die kernpompligbron vir ander lasers soos vastestoflasers en vesellasers, wat die tegnologiese vooruitgang van die hele laserveld grootliks bevorder. Alle groot ontwikkelde lande in die wêreld het dit by hul nasionale ontwikkelingsplanne ingesluit, wat sterk ondersteuning gee en vinnige ontwikkeling kry.
② Volgens die pompmetode
Lasers kan volgens die pompmetode verdeel word in elektries gepompte, opties gepompte, chemies gepompte lasers, ens.
Elektries gepompte lasers verwys na lasers wat deur stroom opgewek word, gaslasers word meestal deur gasontlading opgewek, terwyl halfgeleierlasers meestal deur stroominspuiting opgewek word.
Byna alle vastestoflasers en vloeibare lasers is optiese pomplasers, en halfgeleierlasers word as die kernpompbron vir optiese pomplasers gebruik.
Chemies gepompte lasers verwys na lasers wat die energie wat uit chemiese reaksies vrygestel word gebruik om die werkende materiaal op te wek.
③ Klassifikasie volgens operasiemodus
Lasers kan verdeel word in deurlopende lasers en gepulste lasers volgens hul werkswyse.
Deurlopende lasers het 'n stabiele verspreiding van die aantal deeltjies op elke energievlak en die stralingsveld in die holte, en hul werking word gekenmerk deur die opwekking van die werkmateriaal en die ooreenstemmende laseruitset op 'n kontinue wyse oor 'n lang tydperk . Deurlopende lasers kan laserlig vir 'n langer tydperk aanhoudend uitstuur, maar die termiese effek is duideliker.
Gepulseerde lasers verwys na die tydsduur wanneer die laserkrag op 'n sekere waarde gehandhaaf word, en lewer laserlig op 'n diskontinue manier uit, met die hoofkenmerke van klein termiese effek en goeie beheerbaarheid.
④ Klassifikasie volgens uitsetgolflengte
Lasers kan volgens golflengte geklassifiseer word as infrarooi lasers, sigbare lasers, ultraviolet lasers, diep ultraviolet lasers, ensovoorts. Die golflengtereeks van lig wat deur verskillende gestruktureerde materiale geabsorbeer kan word, is verskillend, dus is lasers van verskillende golflengtes nodig vir fyn verwerking van verskillende materiale of vir verskillende toepassingscenario's.Infrarooi lasers en UV lasers is die twee mees gebruikte lasers. Infrarooi lasers word hoofsaaklik gebruik in "termiese verwerking", waar die materiaal op die oppervlak van die materiaal verhit en verdamp (verdamp) om die materiaal te verwyder; in dun film nie-metaal materiaal verwerking, halfgeleier wafel sny, organiese glas sny, boor, merk en ander velde, hoë energie Op die gebied van dun film nie-metaal materiaal verwerking, halfgeleier wafel sny, organiese glas sny, boor, merk, ens., breek die hoë-energie UV-fotone direk die molekulêre bindings op die oppervlak van nie-metaalmateriaal, sodat die molekules geskei van die voorwerp, en hierdie metode produseer nie hoë hitte reaksie nie, so dit word gewoonlik "koue verwerking" genoem.
As gevolg van die hoë energie van UV-fotone, is dit moeilik om 'n sekere hoëkrag aaneenlopende UV-laser deur eksterne opwekkingsbron te genereer, dus word die UV-laser oor die algemeen gegenereer deur die toepassing van kristalmateriaal nie-lineêre effek frekwensie-omskakelingsmetode, dus die huidige wyd gebruik industriële veld van UV-lasers is hoofsaaklik vastestof-UV-lasers.
(4) Bedryfsketting
Die stroomop van die industrieketting is die gebruik van halfgeleier-grondstowwe, hoë-end toerusting en verwante produksie-bykomstighede om laserkerne en opto-elektroniese toestelle te vervaardig, wat die hoeksteen van die laserbedryf is en 'n hoë toegangsdrempel het. Die middelstroom van die industrieketting is die gebruik van stroomop laserskyfies en opto-elektroniese toestelle, modules, optiese komponente, ens. as pompbronne vir die vervaardiging en verkoop van verskeie lasers, insluitend direkte halfgeleierlasers, koolstofdioksiedlasers, vastestoflasers, vesellasers, ens.; die stroomaf-industrie verwys hoofsaaklik na die toepassingsareas van verskeie lasers, insluitend industriële verwerkingstoerusting, LIDAR, optiese kommunikasie, mediese skoonheid en ander toepassingsbedrywe
①Stroomop verskaffers
Die grondstowwe vir stroomop-produkte soos halfgeleier-laserskyfies, -toestelle en -modules is hoofsaaklik verskeie skyfiemateriale, veselmateriale en gemasjineerde onderdele, insluitend substrate, heatsinks, chemikalieë en behuisingsstelle. Die chip verwerking vereis hoë gehalte en prestasie van stroomop grondstowwe, hoofsaaklik van buitelandse verskaffers, maar die mate van lokalisering is geleidelik toeneem, en geleidelik bereik onafhanklike beheer. Die prestasie van die belangrikste stroomop grondstowwe het 'n direkte impak op die kwaliteit van halfgeleier laser skyfies, met die voortdurende verbetering van die prestasie van verskeie chip materiaal, om die prestasie van die industrie se produkte te verbeter speel 'n positiewe rol in die bevordering.
②Midstroom industrieketting
Halfgeleier-laserskyfie is die kernpompligbron van verskillende soorte lasers in die middelstroom van die industrieketting, en speel 'n positiewe rol in die bevordering van die ontwikkeling van middelstroomlasers. Op die gebied van middelstroomlasers oorheers die Verenigde State, Duitsland en ander oorsese ondernemings, maar na die vinnige ontwikkeling van die binnelandse laserbedryf die afgelope jare, het die middelstroommark van die bedryfsketting vinnige binnelandse vervanging bereik.
③ Industriële ketting stroomaf
Die stroomaf-industrie het 'n groter rol in die bevordering van die ontwikkeling van die bedryf, dus sal die ontwikkeling van die stroomaf-industrie die markruimte van die bedryf direk beïnvloed. Die voortdurende groei van China se ekonomie en die ontstaan van strategiese geleenthede vir ekonomiese transformasie het beter ontwikkelingstoestande vir die ontwikkeling van hierdie bedryf geskep. China beweeg van 'n vervaardigingsland na 'n vervaardigingskragstasie, en stroomaf lasers en lasertoerusting is een van die sleutels tot die opgradering van die vervaardigingsbedryf, wat 'n goeie vraagomgewing bied vir die langtermynverbetering van hierdie bedryf. Die stroomaf-industrie se vereistes vir die prestasie-indeks van halfgeleier-laserskyfies en hul toestelle neem toe, en binnelandse ondernemings betree geleidelik die hoëkraglasermark vanaf die laekraglasermark, so die industrie moet voortdurend die belegging op die gebied van tegnologienavorsing verhoog en ontwikkeling en onafhanklike innovasie.
2. halfgeleier laser industrie ontwikkeling status
Halfgeleierlasers het die beste energie-omskakelingsdoeltreffendheid onder alle soorte lasers, aan die een kant kan hulle as die kernpompbron van optiesevesellasers, vastestoflasers en ander optiese pomplasers gebruik word. Aan die ander kant, met die voortdurende deurbraak van halfgeleierlasertegnologie in terme van kragdoeltreffendheid, helderheid, leeftyd, multi-golflengte, modulasietempo, ens., word halfgeleierlasers wyd gebruik in materiaalverwerking, mediese, optiese kommunikasie, optiese waarneming, verdediging, ens. Volgens Laser Focus World is die totale globale inkomste van diodelasers, dws halfgeleierlasers en nie-diodelasers, na raming $18,480 miljoen in 2021, met halfgeleierlasers wat 43% van die totale inkomste uitmaak.
Volgens Laser Focus World sal die wêreldwye halfgeleierlasermark $6,724 miljoen in 2020 wees, 14,20% hoër as die vorige jaar. Met die ontwikkeling van globale intelligensie, die groeiende vraag na lasers in slimtoestelle, verbruikerselektronika, nuwe energie en ander velde, sowel as die voortgesette uitbreiding van mediese, skoonheidstoerusting en ander opkomende toepassings, kan halfgeleierlasers as 'n pompbron gebruik word vir optiese pomplasers, en sy markgrootte sal voortgaan om stabiele groei te handhaaf. 2021 wêreldwye halfgeleierlasermarkgrootte van $7,946 miljard, die markgroeikoers van 18,18%.
Deur die gesamentlike pogings van tegniese kundiges en ondernemings en praktisyns het China se halfgeleierlaserbedryf buitengewone ontwikkeling behaal, sodat China se halfgeleierlaserbedryf die proses van nuuts af ervaar het, en die begin van die prototipe van China se halfgeleierlaserbedryf. In onlangse jare het China die ontwikkeling van die laserbedryf verhoog, en verskeie streke is gewy aan wetenskaplike navorsing, tegnologieverbetering, markontwikkeling en die bou van lasernywerheidsparke onder leiding van die regering en die samewerking van laserondernemings.
3. Toekomstige ontwikkelingstendens van China se laserbedryf
In vergelyking met ontwikkelde lande in Europa en die Verenigde State, is China se lasertegnologie nie laat nie, maar in die toepassing van lasertegnologie en hoë-end kerntegnologie is daar steeds 'n aansienlike gaping, veral die stroomop halfgeleier-laserskyfie en ander kernkomponente is steeds afhanklik van invoer.
Die ontwikkelde lande wat deur die Verenigde State, Duitsland en Japan verteenwoordig word, het basies die vervanging van tradisionele vervaardigingstegnologie in sommige groot industriële velde voltooi en die era van "ligte vervaardiging" betree; hoewel die ontwikkeling van lasertoepassings in China vinnig is, is die toedieningspenetrasiekoers steeds relatief laag. As die kerntegnologie van industriële opgradering, sal die laserbedryf steeds 'n sleutelarea van nasionale ondersteuning wees, en voortgaan om die toepassingsgebied uit te brei en uiteindelik China se vervaardigingsbedryf na die "ligte vervaardiging"-era te bevorder. Uit die huidige ontwikkelingsituasie toon die ontwikkeling van China se laserbedryf die volgende ontwikkelingstendense.
(1) Halfgeleier laserskyfie en ander kernkomponente realiseer geleidelik lokalisering
Neem vesellaser as 'n voorbeeld, hoëkragvesellaserpompbron is die hooftoepassingsgebied van halfgeleierlaser, hoëkraghalfgeleierlaserskyfie en module is 'n belangrike komponent van vesellaser. In onlangse jare is China se optiesevesellaserbedryf in 'n vinnige groeistadium, en die mate van lokalisering neem jaar na jaar toe.
Wat markpenetrasie betref, het die markaandeel van binnelandse lasers in die laekrag-vesellasermark in 2019 99,01% bereik; in die mediumkrag-vesellasermark is die penetrasiekoers van binnelandse lasers die afgelope jaar op meer as 50% gehandhaaf; die lokaliseringsproses van hoëkragvesellasers vorder ook geleidelik, van 2013 tot 2019 om "van nuuts af" te bereik. Die lokaliseringsproses van hoëkragvesellasers vorder ook geleidelik, van 2013 tot 2019, en het 'n penetrasiekoers van 55,56% bereik, en die binnelandse penetrasiekoers van hoëkragvesellasers sal na verwagting 57,58% in 2020 wees.
Kernkomponente soos hoëkrag-halfgeleier-laserskyfies is egter steeds afhanklik van invoer, en die stroomop-komponente van lasers met halfgeleier-laserskyfies as die kern word geleidelik gelokaliseer, wat enersyds die markskaal van die stroomop-komponente van huishoudelike lasers, en aan die ander kant, met die lokalisering van die stroomop kernkomponente, kan dit die vermoë van plaaslike laservervaardigers verbeter om aan internasionale kompetisie deel te neem.
(2) Lasertoepassings dring vinniger en wyer binne
Met die geleidelike lokalisering van stroomop-kern opto-elektroniese komponente en die geleidelike afname in lasertoepassingskoste, sal lasers dieper in baie nywerhede deurdring.
Aan die een kant, vir China, pas laserverwerking ook in by die top tien toepassingsareas van China se vervaardigingsbedryf, en daar word verwag dat die toepassingsgebiede van laserverwerking verder uitgebrei sal word en die markskaal verder uitgebrei sal word in die toekoms. Aan die ander kant, met die voortdurende popularisering en ontwikkeling van tegnologieë soos bestuurderlose, gevorderde geassisteerde bestuurstelsel, diensgeoriënteerde robot, 3D-waarneming, ens., sal dit meer toegepas word in baie velde soos motor, kunsmatige intelligensie, verbruikerselektronika , gesigsherkenning, optiese kommunikasie en nasionale verdedigingsnavorsing. As die kerntoestel of komponent van bogenoemde lasertoepassings, sal die halfgeleierlaser ook vinnige ontwikkelingsruimte kry.
(3) Hoër krag, beter straalkwaliteit, korter golflengte en vinniger frekwensierigtingontwikkeling
Op die gebied van industriële lasers het vesellasers groot vordering gemaak in terme van uitsetkrag, straalkwaliteit en helderheid sedert hul bekendstelling. Hoër krag kan egter verwerkingspoed verbeter, verwerkingsgehalte optimaliseer en die verwerkingsveld uitbrei na swaarindustrievervaardiging, in motorvervaardiging, lugvaartvervaardiging, energie, masjinerievervaardiging, metallurgie, spoorvervoerkonstruksie, wetenskaplike navorsing en ander toepassingsvelde in snywerk. , sweiswerk, oppervlakbehandeling, ens., vesellaserkragvereistes neem steeds toe. Die ooreenstemmende toestelvervaardigers moet voortdurend die werkverrigting van kerntoestelle verbeter (soos hoëkrag-halfgeleierlaserskyfie en aanwinsvesel), vesellaserkragtoename vereis ook gevorderde lasermodulasietegnologie soos bundelkombinasie en kragsintese, wat nuwe vereistes sal bring. en uitdagings aan vervaardigers van hoëkrag-halfgeleier-laserskyfies. Boonop is korter golflengtes, meer golflengtes, vinniger (ultravinnige) laserontwikkeling ook 'n belangrike rigting, hoofsaaklik gebruik in geïntegreerde stroombaanskyfies, skerms, verbruikerselektronika, lugvaart- en ander presisie-mikroverwerking, asook lewenswetenskappe, medies, sensing en ander velde, stel die halfgeleier-laserskyfie ook nuwe vereistes voor.
(4) vir 'n hoë krag laser opto-elektroniese komponente vraag vir verdere groei
Die ontwikkeling en industrialisering van hoë-krag vesel laser is die resultaat van die sinergistiese vordering van die industrie ketting, wat die ondersteuning van kern opto-elektroniese komponente vereis soos pomp bron, isolator, straal konsentrator, ens. Die optiese komponente wat gebruik word in hoë-krag vesellaser is die basis en sleutelkomponente van die ontwikkeling en produksie daarvan, en die groeiende mark van hoëkragvesellaser dryf ook die markvraag na kernkomponente soos hoëkrag-halfgeleierlaser skyfies. Terselfdertyd, met die voortdurende verbetering van binnelandse vesellasertegnologie, het invoervervanging 'n onvermydelike neiging geword, die lasermarkaandeel in die wêreld sal voortgaan om te verbeter, wat ook groot geleenthede vir plaaslike sterkte van opto-elektroniese komponentvervaardigers bring.
Postyd: Mrt-07-2023
