1. Oorsig van die laserbedryf
(1) Laserinleiding
Laser (Ligversterking deur Gestimuleerde Emissie van Straling, afgekort as LASER) is 'n gekollimeerde, monochromatiese, koherente, gerigte ligstraal wat geproduseer word deur die versterking van ligstraling teen 'n nou frekwensie deur opgewekte terugvoerresonansie en straling.
Lasertegnologie het in die vroeë 1960's ontstaan, en as gevolg van sy heeltemal verskillende aard as gewone lig, is laser gou wyd gebruik in verskeie velde en het dit die ontwikkeling en transformasie van wetenskap, tegnologie, ekonomie en samelewing diepgaande beïnvloed.
Die geboorte van die laser het die gesig van antieke optika dramaties verander en klassieke optiese fisika uitgebrei tot 'n nuwe hoëtegnologie-dissipline wat beide klassieke optika en moderne fotonika omvat, en 'n onvervangbare bydrae lewer tot die ontwikkeling van die menslike ekonomie en samelewing. Laserfisika-navorsing het bygedra tot die florering van twee hooftakke van moderne fotoniese fisika: energiefotonika en inligtingsfotonika. Dit dek nie-lineêre optika, kwantumoptika, kwantumrekenaars, laserwaarneming en -kommunikasie, laserplasmafisika, laserchemie, laserbiologie, lasermedisyne, ultra-presiese laserspektroskopie en -metrologie, laseratoomfisika, insluitend laserverkoeling en Bose-Einstein-navorsing oor gekondenseerde materie, laserfunksionele materiale, laservervaardiging, lasermikro-opto-elektroniese skyfievervaardiging, laser 3D-drukwerk en meer as 20 internasionale grensverskuiwingsdissiplines 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 hoëvlak-lasertoepassings. 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 lugvaartbedryf voltooi. Laser in industriële vervaardiging het groot potensiaal getoon vir laekoste-, hoëgehalte-, hoëdoeltreffendheid- 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 belangrikste nywerheidslande geword. Lande ondersteun aktief lasertegnologie as een van hul belangrikste voorpunttegnologieë en het nasionale ontwikkelingsplanne vir die laserbedryf ontwikkel.
(2)LaserBron Pbeginsel
Die laser is 'n toestel wat opgewekte straling gebruik om sigbare of onsigbare lig te produseer, met 'n komplekse struktuur en hoë tegniese hindernisse. Die optiese stelsel bestaan hoofsaaklik uit 'n pompbron (opwekkingsbron), versterkingsmedium (werkende stof) en resonante holte en ander optiese toestelmateriale. 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 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 voortdurend te versterk, en uiteindelik skiet die laser deur die reflektor om 'n laserstraal te vorm. As die kern optiese stelsel van die terminale toerusting, bepaal die werkverrigting van die laser dikwels direk die kwaliteit en krag van die uitsetstraal van die lasertoerusting, en is die kernkomponent van die terminale lasertoerusting.
Die pompbron (opwekkingsbron) verskaf energie-opwekking aan die versterkingsmedium. Die versterkingsmedium word opgewek 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 uitsetligbron te verkry deur die foton-ossillasies in die holte te beheer. Die pompbron (opwekkingsbron) verskaf die energie-opwekking vir die versterkingsmedium. Die versterkingsmedium word opgewek 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 uitsetligbron te verkry deur die foton-ossillasies in die holte te beheer.
(3)Klassifikasie van Laserbron
Laserbron kan geklassifiseer word volgens versterkingsmedium, uitsetgolflengte, bedryfsmodus en pompmodus, soos volg
① Klassifikasie volgens versterkingsmedium
Volgens die verskillende versterkingsmedia kan lasers verdeel word in vastetoestandlasers (insluitend vastestoflasers, halfgeleierlasers, vesellasers, hibriedelasers), vloeibarelasers, gaslasers, ens.
| LaserBronTipe | Kry Media | Hoofkenmerke |
| Vastetoestandlaserbron | Vaste stowwe, halfgeleiers, veseloptika, hibriede | Goeie stabiliteit, hoë krag, lae onderhoudskoste, geskik vir industrialisering |
| Vloeibare Laserbron | Chemiese vloeistowwe | Opsionele golflengtebereik getref, maar groot grootte en hoë onderhoudskoste |
| Gaslaserbron | Gasse | Hoë kwaliteit laserligbron, maar groter grootte en hoër onderhoudskoste |
| Vrye Elektron Laserbron | Elektronstraal in 'n spesifieke magneetveld | Ultrahoë krag en hoë kwaliteit laseruitset kan bereik word, maar vervaardigingstegnologie en produksiekoste is baie hoog |
As gevolg van die goeie stabiliteit, hoë krag en lae onderhoudskoste, trek die toepassing van vastetoestandlasers absolute voordeel.
Onder vastetoestandlasers het halfgeleierlasers die voordele van hoë doeltreffendheid, klein grootte, lang lewensduur, lae energieverbruik, ens. Aan die een kant kan hulle direk toegepas word as die kernligbron en ondersteuning vir laserverwerking, mediese, kommunikasie-, sensor-, vertoon-, moniterings- en verdedigingstoepassings, en het 'n belangrike basis geword vir die ontwikkeling van moderne lasertegnologie met strategiese ontwikkelingsbetekenis.
Aan die ander kant kan halfgeleierlasers ook as die kernpompligbron vir ander lasers soos vastetoestandlasers en vesellasers gebruik word, wat die tegnologiese vooruitgang van die hele laserveld aansienlik bevorder. Alle groot ontwikkelde lande in die wêreld het dit in hul nasionale ontwikkelingsplanne ingesluit, wat sterk ondersteuning bied en vinnige ontwikkeling bewerkstellig.
② Volgens die pompmetode
Lasers kan verdeel word in elektries gepompte, opties gepompte, chemies gepompte lasers, ens. volgens die pompmetode.
Elektries gepompte lasers verwys na lasers wat deur stroom opgewek word, gaslasers word meestal opgewek deur gasontlading, terwyl halfgeleierlasers meestal deur stroominspuiting opgewek word.
Byna alle vastetoestandlasers 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 vrygestel word deur chemiese reaksies gebruik om die werkmateriaal op te wek.
③Klassifikasie volgens bedryfsmodus
Lasers kan verdeel word in kontinue lasers en gepulseerde 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 deurlopende wyse oor 'n lang tydperk. Deurlopende lasers kan laserlig vir 'n langer tydperk deurlopend uitstraal, maar die termiese effek is meer voor die hand liggend.
Gepulseerde lasers verwys na die tydsduur wanneer die laserkrag op 'n sekere waarde gehandhaaf word en laserlig op 'n diskontinue wyse uitstraal, met die hoofkenmerke van 'n 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 golflengtebereik van lig wat deur verskillende gestruktureerde materiale geabsorbeer kan word, is verskillend, daarom 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 word om die materiaal te verwyder; in dunfilm-nie-metaalmateriaalverwerking, halfgeleierwafelsny, organiese glassny, boor, merk en ander velde, breek die hoë-energie UV-fotone direk die molekulêre bindings op die oppervlak van nie-metaalmateriale, sodat die molekules van die voorwerp geskei kan word, en hierdie metode produseer nie 'n hoë hittereaksie nie, daarom word dit gewoonlik "koue verwerking" genoem.
As gevolg van die hoë energie van UV-fotone, is dit moeilik om 'n sekere hoë-krag kontinue UV-laser deur 'n eksterne opwekkingsbron te genereer, daarom word UV-lasers gewoonlik gegenereer deur die toepassing van 'n nie-lineêre effekfrekwensie-omskakelingsmetode van kristalmateriaal, dus is die huidige wyd gebruikte industriële veld van UV-lasers hoofsaaklik vastetoestand-UV-lasers.
(4) Nywerheidsketting
Die stroomop van die bedryfsketting is die gebruik van halfgeleier-grondstowwe, hoë-end toerusting en verwante produksietoebehore om laserkerne en opto-elektroniese toestelle te vervaardig, wat die hoeksteen van die laserbedryf is en 'n hoë toegangsdrempel het. Die middelstroom van die bedryfsketting 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, vastetoestandlasers, vesellasers, ens.; die stroomafbedryf verwys hoofsaaklik na die toepassingsgebiede 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 skyfie materiale, vesel materiale en bewerkte onderdele, insluitend substrate, hitteafvoerders, chemikalieë en behuisingsstelle. Die skyfieverwerking vereis hoë gehalte en werkverrigting van stroomop grondstowwe, hoofsaaklik van buitelandse verskaffers, maar die mate van lokalisering neem geleidelik toe en onafhanklike beheer word geleidelik bereik. Die werkverrigting van die belangrikste stroomop grondstowwe het 'n direkte impak op die gehalte van halfgeleier laserskyfies, en met die voortdurende verbetering van die werkverrigting van verskeie skyfie materiale speel die verbetering van die werkverrigting van die bedryf se produkte 'n positiewe rol in die bevordering daarvan.
②Midstroom-nywerheidsketting
Halfgeleierlaserskyfie is die kernpompligbron van verskeie tipes lasers in die middelstroom van die bedryfsketting 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 plaaslike laserbedryf in onlangse jare, het die middelstroommark van die bedryfsketting vinnige plaaslike vervanging bereik.
③Industriële ketting stroomaf
Die afwaartse bedryf speel 'n groter rol in die bevordering van die ontwikkeling van die bedryf, dus sal die ontwikkeling van die afwaartse bedryf die markruimte van die bedryf direk beïnvloed. Die voortdurende groei van China se ekonomie en die opkoms van strategiese geleenthede vir ekonomiese transformasie het beter ontwikkelingsvoorwaardes vir die ontwikkeling van hierdie bedryf geskep. China beweeg van 'n vervaardigingsland na 'n vervaardigingskragbron, en afwaartse 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 afwaartse bedryf se vereistes vir die prestasie-indeks van halfgeleierlaserskyfies en hul toestelle neem toe, en binnelandse ondernemings betree geleidelik die hoëkraglasermark vanaf die laekraglasermark, dus moet die bedryf die belegging in die veld van tegnologie-navorsing en -ontwikkeling en onafhanklike innovasie voortdurend verhoog.
2. ontwikkelingsstatus van die halfgeleierlaserbedryf
Halfgeleierlasers het die beste energie-omskakelingsdoeltreffendheid onder alle soorte lasers, enersyds kan hulle gebruik word as die kernpompbron van optiese vesellasers, vastetoestandlasers en ander optiese pomplasers. Aan die ander kant, met die voortdurende deurbraak van halfgeleierlasertegnologie in terme van kragdoeltreffendheid, helderheid, leeftyd, multigolflengte, modulasietempo, ens., word halfgeleierlasers wyd gebruik in materiaalverwerking, mediese, optiese kommunikasie, optiese sensoriek, verdediging, ens. Volgens Laser Focus World word die totale wêreldwye inkomste van diodelasers, d.w.s. halfgeleierlasers en nie-diodelasers, in 2021 op $18 480 miljoen geraam, met halfgeleierlasers wat 43% van die totale inkomste uitmaak.
Volgens Laser Focus World sal die wêreldwye halfgeleierlasermark in 2020 $6,724 miljoen wees, 'n styging van 14.20% teenoor die vorige jaar. Met die ontwikkeling van wêreldwye 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 vir optiese pomplasers gebruik word, en die markgrootte daarvan sal steeds stabiele groei handhaaf. Die wêreldwye halfgeleierlasermark in 2021 het $7.946 miljard beloop, 'n markgroeikoers van 18.18%.
Deur die gesamentlike pogings van tegniese kundiges en ondernemings en praktisyns het China se halfgeleierlaserbedryf buitengewone ontwikkeling bereik, sodat China se halfgeleierlaserbedryf die proses van nuuts af ervaar het, en die prototipe van China se halfgeleierlaserbedryf begin het. In onlangse jare het China die ontwikkeling van die laserbedryf verhoog, en verskeie streke is gewy aan wetenskaplike navorsing, tegnologieverbetering, markontwikkeling en die konstruksie 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 invoere.
Die ontwikkelde lande, verteenwoordig deur die Verenigde State, Duitsland en Japan, 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 toepassingspenetrasiekoers steeds relatief laag. As die kerntegnologie van industriële opgradering, sal die laserbedryf steeds 'n sleutelgebied van nasionale ondersteuning wees, en die toepassingsgebied sal voortgaan om uit te brei, en uiteindelik China se vervaardigingsbedryf na die "ligte vervaardiging"-era bevorder. Vanuit die huidige ontwikkelingsituasie toon die ontwikkeling van China se laserbedryf die volgende ontwikkelingstendense.
(1) Halfgeleierlaserskyfie en ander kernkomponente besef geleidelik lokalisering
Neem vesellaser as voorbeeld, hoë-krag vesellaserpompbron is die hoof toepassingsgebied van halfgeleierlasers, hoë-krag halfgeleierlaserskyfies en -modules is 'n belangrike komponent van vesellaser. In onlangse jare is China se optiese vesellaserbedryf in 'n vinnige groeifase, en die mate van lokalisering neem jaar na jaar toe.
Wat markpenetrasie betref, het die markaandeel van huishoudelike lasers in die lae-krag vesellasermark in 2019 99,01% bereik; in die medium-krag vesellasermark is die penetrasiekoers van huishoudelike lasers die afgelope paar jaar op meer as 50% gehandhaaf; die lokaliseringsproses van hoë-krag vesellasers vorder ook geleidelik, van 2013 tot 2019 om "van nuuts af" te bereik. Die lokaliseringsproses van hoë-krag vesellasers vorder ook geleidelik, van 2013 tot 2019, en het 'n penetrasiekoers van 55,56% bereik, en die huishoudelike penetrasiekoers van hoë-krag vesellasers sal na verwagting 57,58% in 2020 wees.
Kernkomponente soos hoë-krag halfgeleier-laserskyfies is egter steeds afhanklik van invoere, en die stroomop-komponente van lasers met halfgeleier-laserskyfies as die kern word geleidelik gelokaliseer, wat enersyds die markskaal van die stroomop-komponente van binnelandse lasers verbeter, en andersyds, met die lokalisering van die stroomop-kernkomponente, kan dit die vermoë van binnelandse laservervaardigers verbeter om aan internasionale mededinging deel te neem.
(2) Lasertoepassings penetreer vinniger en wyer
Met die geleidelike lokalisering van stroomop kern opto-elektroniese komponente en die geleidelike afname in lasertoepassingskoste, sal lasers dieper in baie nywerhede binnedring.
Aan die een kant, vir China, pas laserverwerking ook in die top tien toepassingsgebiede van China se vervaardigingsbedryf, en daar word verwag dat die toepassingsgebiede van laserverwerking verder uitgebrei sal word en die markskaal in die toekoms verder uitgebrei sal word. Aan die ander kant, met die voortdurende popularisering en ontwikkeling van tegnologieë soos bestuurderlose, gevorderde bygestaan bestuurstelsels, diensgerigte robotte, 3D-waarneming, ens., sal dit meer toegepas word in baie velde soos motorvoertuie, kunsmatige intelligensie, verbruikerselektronika, gesigsherkenning, optiese kommunikasie en nasionale verdedigingsnavorsing. As die kerntoestel of komponent van die 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 verwerkingsspoed verbeter, verwerkingskwaliteit optimaliseer en die verwerkingsveld uitbrei na swaar nywerheidvervaardiging. In motorvervaardiging, lugvaartvervaardiging, energie, masjinerievervaardiging, metallurgie, spoorvervoerkonstruksie, wetenskaplike navorsing en ander toepassingsvelde in sny, sweis, oppervlakbehandeling, ens., bly vesellaserkragvereistes toeneem. Die ooreenstemmende toestelvervaardigers moet die werkverrigting van kerntoestelle (soos hoëkrag-halfgeleierlaserskyfies en versterkingsvesel) voortdurend verbeter. Die verhoging van vesellaserkrag vereis ook gevorderde lasermodulasietegnologie soos straalkombinasie en kragsintese, wat nuwe vereistes en uitdagings vir hoëkrag-halfgeleierlaserskyfvervaardigers sal meebring. Daarbenewens is korter golflengtes, meer golflengtes, vinniger (ultrasnelle) laserontwikkeling ook 'n belangrike rigting, hoofsaaklik gebruik in geïntegreerde stroombaanskyfies, skerms, verbruikerselektronika, lugvaart en ander presisie-mikroverwerking, sowel as lewenswetenskappe, mediese, sensoriese en ander velde, die halfgeleierlaserskyfie stel ook nuwe vereistes.
(4) vir hoë-krag laser opto-elektroniese komponente vraag na verdere groei
Die ontwikkeling en industrialisering van hoëkrag-vesellaser is die resultaat van die sinergistiese vordering van die bedryfsketting, wat die ondersteuning van kern-opto-elektroniese komponente soos pompbron, isolator, straalkonsentrator, ens. vereis. Die opto-elektroniese komponente wat in hoëkrag-vesellaser gebruik word, is die basis en sleutelkomponente van die ontwikkeling en produksie daarvan, en die groeiende mark van hoëkrag-vesellaser dryf ook die markvraag na kernkomponente soos hoëkrag-halfgeleierlaserskyfies. Terselfdertyd, met die voortdurende verbetering van binnelandse vesellasertegnologie, het invoervervanging 'n onvermydelike tendens geword, en die lasermarkaandeel in die wêreld sal aanhou verbeter, wat ook groot geleenthede bied vir plaaslike sterkte van opto-elektroniese komponentvervaardigers.
Plasingstyd: 7 Maart 2023
