1. Преглед на ласерската индустрија
(1) Ласерски вовед
Ласер (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, скратено како LASER) е колимиран, монохроматски, кохерентен, насочен зрак на светлина произведен од засилување на светлосното зрачење со тесна фреквенција преку возбудена повратна резонанца и зрачење.
Ласерската технологија потекнува од раните 1960-ти, а поради неговата сосема поинаква природа од обичната светлина, ласерот набрзо беше широко користен во различни области и длабоко влијаеше на развојот и трансформацијата на науката, технологијата, економијата и општеството.
Раѓањето на ласерот драматично го промени лицето на античката оптика, проширувајќи ја класичната оптичка физика во нова високотехнолошка дисциплина која ги опфаќа и класичната оптика и модерната фотоника, давајќи незаменлив придонес во развојот на човековата економија и општество. Истражувањето на ласерската физика придонесе за процут на две главни гранки на модерната фотонска физика: енергетска фотоника и информациска фотоника. Опфаќа нелинеарна оптика, квантна оптика, квантно пресметување, ласерско сензорирање и комуникација, ласерска плазма физика, ласерска хемија, ласерска биологија, ласерска медицина, ултра прецизна ласерска спектроскопија и метрологија, ласерска атомска физика вклучувајќи ласерско ладење и истражување на кондензирана материја Бозе-Ајнштајн , ласерски функционални материјали, ласерско производство, ласер Изработка на микро-оптоелектронски чипови, ласерско 3D печатење и повеќе од 20 меѓународни погранични дисциплини и технолошки апликации. Одделот за ласерска наука и технологија (DSL) е формиран во следните области.
Во индустријата за ласерско производство, светот влезе во ерата на „лесното производство“, според меѓународната статистика на ласерската индустрија, 50% од годишниот БДП на Соединетите Држави1 е поврзан со брзото пазарно проширување на ласерските апликации на високо ниво. Неколку развиени земји, претставени од Соединетите Американски Држави, Германија и Јапонија, во основа ја завршија замената на традиционалните процеси со ласерска обработка во големите производствени индустрии како што се автомобилската и авијацијата. Ласерот во индустриското производство покажа голем потенцијал за евтини, висококвалитетни, високи ефикасни и специјални производствени апликации што не може да се постигнат со конвенционално производство, и стана важен двигател на конкуренцијата и иновациите меѓу главните индустриски земји во светот. Земјите активно ја поддржуваат ласерската технологија како една од нивните најважни најсовремени технологии и имаат развиено национални планови за развој на ласерската индустрија.
(2)ЛасерскиИзвор Пзачеток
Ласерот е уред кој користи возбудено зрачење за да произведе видлива или невидлива светлина, со сложена структура и високи технички бариери. Оптичкиот систем главно се состои од извор на пумпа (извор на побудување), медиум за засилување (работна супстанција) и резонантна празнина и други материјали на оптички уреди. Медиумот за засилување е извор на генерирање на фотони, а со апсорпција на енергијата генерирана од изворот на пумпата, медиумот за засилување скока од основната состојба во возбудената состојба. Бидејќи возбудената состојба е нестабилна, во овој момент медиумот за засилување ќе ослободи енергија за да се врати во стабилна состојба на основната состојба. Во овој процес на ослободување на енергија, медиумот за засилување произведува фотони, а овие фотони имаат висок степен на конзистентност во енергијата, брановата должина и насоката, тие постојано се рефлектираат во оптичката резонантна празнина, реципрочно движење, така што континуирано се засилуваат и на крајот пукајте го ласерот низ рефлекторот за да формирате ласерски зрак. Како основни оптички систем на терминалната опрема, перформансите на ласерот често директно го одредуваат квалитетот и моќноста на излезниот зрак на ласерската опрема, е основната компонента на терминалната ласерска опрема.
Изворот на пумпата (извор на возбуда) обезбедува енергетско возбудување на медиумот за засилување. Медиумот за засилување е возбуден да произведува фотони за генерирање и засилување на ласерот. Резонантната празнина е местото каде што карактеристиките на фотонот (фреквенција, фаза и насока на работа) се регулирани за да се добие висококвалитетен излезен извор на светлина со контролирање на осцилациите на фотоните во шуплината. Изворот на пумпата (извор на возбуда) обезбедува енергетско возбудување за медиумот за засилување. Медиумот за засилување е возбуден да произведува фотони за генерирање и засилување на ласерот. Резонантната празнина е местото каде што карактеристиките на фотонот (фреквенција, фаза и насока на работа) се прилагодуваат за да се добие висококвалитетен излезен извор на светлина со контролирање на осцилациите на фотоните во шуплината.
(3)Класификација на ласерски извор
Ласерскиот извор може да се класифицира според медиумот за засилување, излезната бранова должина, режимот на работа и режимот на пумпање, како што следува
① Класификација по медиум за засилување
Според различните медиуми за засилување, ласерите можат да се поделат на цврста состојба (вклучувајќи цврсти, полупроводнички, влакна, хибридни), течни ласери, гасни ласери итн.
| ЛасерскиИзворТип | Добијте медиуми | Главни карактеристики |
| Солидна држава ласерски извор | Цврсти материи, полупроводници, оптички влакна, хибридни | Убава стабилност, висока моќност, ниски трошоци за одржување, погодни за индустријализација |
| Извор на течен ласер | Хемиски течности | Опционален опсег на бранови должини, но големи димензии и високи трошоци за одржување |
| Извор на гасен ласер | Гасови | Висококвалитетен извор на ласерска светлина, но поголема големина и повисоки трошоци за одржување |
| Бесплатен електронски ласерски извор | Електронски зрак во специфично магнетно поле | Може да се постигне ултра-висока моќност и висококвалитетен ласерски излез, но технологијата на производство и трошоците за производство се многу високи |
Поради добрата стабилност, високата моќност и ниските трошоци за одржување, примената на ласерите со цврста состојба зема апсолутна предност.
Меѓу ласерите со цврста состојба, полупроводничките ласери ги имаат предностите на висока ефикасност, мала големина, долг животен век, мала потрошувачка на енергија, итн. апликации за комуникација, сензори, прикажување, следење и одбрана и станаа важна основа за развој на модерна ласерска технологија со стратегиско развојно значење.
Од друга страна, полупроводничките ласери може да се користат и како јадро за пумпање извор на светлина за други ласери, како што се ласери со цврста состојба и ласери со влакна, што во голема мера го промовира технолошкиот напредок на целото ласерско поле. Сите големи развиени земји во светот го вклучија во нивните национални развојни планови, давајќи силна поддршка и добивајќи брз развој.
② Според методот на пумпање
Според методот на пумпање, ласерите може да се поделат на електрично пумпани, оптички пумпани, хемиски пумпани ласери итн.
Електрично пумпаните ласери се однесуваат на ласери возбудени од струја, гасните ласери најчесто се возбудуваат од празнење на гас, додека полупроводничките ласери главно се возбудуваат со струјно вбризгување.
Речиси сите ласери во цврста состојба и течни ласери се ласери со оптички пумпи, а полупроводничките ласери се користат како јадро на пумпање за ласерите со оптички пумпи.
Хемиски пумпаните ласери се однесуваат на ласери кои ја користат енергијата ослободена од хемиските реакции за да го возбудат работниот материјал.
③Класификација по режим на работа
Ласерите можат да се поделат на континуирани и импулсни ласери според нивниот начин на работа.
Континуираните ласери имаат стабилна дистрибуција на бројот на честички на секое енергетско ниво и полето на зрачење во шуплината, а нивната работа се карактеризира со возбудување на работниот материјал и соодветниот ласерски излез на континуиран начин во долг временски период. . Континуираните ласери можат континуирано да емитуваат ласерска светлина подолг временски период, но термичкиот ефект е поочигледен.
Пулсираните ласери се однесуваат на времетраењето кога ласерската моќност се одржува на одредена вредност, а излезната ласерска светлина на дисконтинуиран начин, со главни карактеристики на мал термички ефект и добра контролираност.
④ Класификација по излезна бранова должина
Ласерите може да се класифицираат според брановата должина како инфрацрвени ласери, видливи ласери, ултравиолетови ласери, длабоки ултравиолетови ласери итн. Опсегот на бранови должини на светлината што може да се апсорбира од различни структурирани материјали е различен, па затоа се потребни ласери со различни бранови должини за фина обработка на различни материјали или за различни сценарија на примена.Инфрацрвените ласери и УВ ласерите се двата најкористени ласери. Инфрацрвените ласери главно се користат во „термичка обработка“, каде што материјалот на површината на материјалот се загрева и испарува (испарува) за да се отстрани материјалот; во преработка на неметални материјали со тенок филм, полупроводничка обланда, органско сечење стакло, дупчење, обележување и други полиња, висока енергија Во областа на обработка на неметални материјали со тенок филм, сечење на полупроводнички нафора, органско сечење стакло, дупчење, обележување, итн., високоенергетските УВ фотони директно ги кршат молекуларните врски на површината на неметалните материјали, така што молекулите можат да се одвојат од предметот, а овој метод не произведува висока топлинска реакција, па затоа обично се нарекува „ладна обработка“.
Поради високата енергија на УВ фотоните, тешко е да се генерира одреден континуиран УВ ласер со висока моќност од надворешен извор на возбудување, така што УВ ласерот генерално се генерира со примена на методот на конверзија на фреквенција на нелинеарен ефект на кристален материјал, така што струјата широко се користи индустриското поле на УВ ласери се главно солидна држава УВ ласери.
(4) Индустриски синџир
Нагорно од синџирот на индустријата е употребата на полупроводнички суровини, опрема од висока класа и поврзани производствени додатоци за производство на ласерски јадра и оптоелектронски уреди, што е камен-темелник на ласерската индустрија и има висок праг на пристап. Средината на синџирот на индустријата е употребата на спротиводно ласерски чипови и оптоелектронски уреди, модули, оптички компоненти итн. како извори на пумпи за производство и продажба на различни ласери, вклучувајќи директни полупроводнички ласери, ласери со јаглерод диоксид, ласери со цврста состојба, ласери со влакна итн.; низводно индустријата главно се однесува на областите на примена на различни ласери, вклучувајќи опрема за индустриска обработка, LIDAR, оптички комуникации, медицинска убавина и други индустрии за примена
① Нагорно добавувачи
Суровините за нагорните производи како што се полупроводнички ласерски чипови, уреди и модули се главно различни чип материјали, влакна материјали и обработени делови, вклучувајќи подлоги, ладилници, хемикалии и комплети за куќиште. Обработката на чипови бара висок квалитет и изведба на суровини, главно од странски добавувачи, но степенот на локализација постепено се зголемува и постепено се постигнува независна контрола. Изведбата на главните возводно суровини има директно влијание врз квалитетот на полупроводнички ласерски чипови, со континуирано подобрување на перформансите на различни чип материјали, за подобрување на перформансите на производите на индустријата играат позитивна улога во промовирањето.
② Синџир на индустријата во средниот тек
Полупроводничкиот ласерски чип е јадрото на пумпниот извор на светлина на различни типови ласери во средината на синџирот на индустријата и игра позитивна улога во промовирањето на развојот на ласерите во средниот тек. На полето на ласери со среден тек, доминираат САД, Германија и други прекуокеански претпријатија, но по брзиот развој на домашната ласерска индустрија во последниве години, средниот пазар на синџирот на индустријата постигна брза домашна замена.
③ Индустриски синџир низводно
Низводната индустрија има поголема улога во промовирањето на развојот на индустријата, така што развојот на низводната индустрија директно ќе влијае на пазарниот простор на индустријата. Континуираниот раст на кинеската економија и појавата на стратешки можности за економска трансформација создадоа подобри развојни услови за развој на оваа индустрија. Кина се движи од производствена земја во производствена моќ, а низводно ласерите и ласерската опрема се еден од клучевите за надградба на преработувачката индустрија, што обезбедува добра средина за побарувачка за долгорочно подобрување на оваа индустрија. Барањата на низводно индустријата за индексот на перформанси на полупроводнички ласерски чипови и нивните уреди се зголемуваат, а домашните претпријатија постепено влегуваат на пазарот на ласери со висока моќност од пазарот на ласери со ниска моќност, така што индустријата мора континуирано да ги зголемува инвестициите во областа на технолошките истражувања и развој и независни иновации.
2. статус на развој на индустријата за полупроводнички ласер
Полупроводничките ласери имаат најдобра ефикасност на конверзија на енергија меѓу сите видови ласери, од една страна, тие можат да се користат како јадро на пумпниот извор на ласери со оптички влакна, ласери со цврста состојба и други ласери со оптички пумпи. Од друга страна, со континуираниот пробив на технологијата на полупроводнички ласери во однос на енергетската ефикасност, осветленоста, животниот век, повеќебранова должина, стапката на модулација итн., полупроводничките ласери се широко користени во обработката на материјали, медицинската, оптичката комуникација, оптичкото сензори, одбрана, итн. Според Laser Focus World, вкупниот глобален приход од диодните ласери, т.е., полупроводничките ласери и не-диодни ласери, се проценува на 18.480 милиони долари во 2021 година, при што полупроводничките ласери сочинуваат 43% од вкупниот приход.
Според Laser Focus World, глобалниот пазар на ласери за полупроводници ќе изнесува 6.724 милиони долари во 2020 година, што е за 14,20% повеќе од претходната година. Со развојот на глобалната интелигенција, зголемената побарувачка за ласери во паметните уреди, електрониката за широка потрошувачка, новата енергија и други области, како и континуираното проширување на медицинската, опремата за убавина и другите апликации кои се појавуваат, полупроводничките ласери може да се користат како извор на пумпа за ласери со оптички пумпи, а нејзината пазарна големина ќе продолжи да одржува стабилен раст. 2021 година глобалниот пазар на полупроводнички ласерски големина од 7,946 милијарди долари, стапката на раст на пазарот од 18,18%.
Преку заеднички напори на технички експерти и претпријатија и практичари, кинеската полупроводничка ласерска индустрија постигна извонреден развој, така што кинеската ласерска индустрија за полупроводници го доживеа процесот од нула и почетокот на прототипот на кинеската индустрија за полупроводнички ласери. Во последниве години, Кина го зголеми развојот на ласерската индустрија, а различни региони беа посветени на научно истражување, подобрување на технологијата, развој на пазарот и изградба на ласерски индустриски паркови под раководство на владата и соработка на ласерски претпријатија.
3. Иден развојен тренд на кинеската ласерска индустрија
Во споредба со развиените земји во Европа и САД, кинеската ласерска технологија не доцни, но во примената на ласерската технологија и врвната технологија на јадрото сè уште постои значителен јаз, особено полупроводничкиот ласерски чип и другите основни компоненти сè уште се зависни од увоз.
Развиените земји претставени од САД, Германија и Јапонија во основа ја завршија замената на традиционалната производствена технологија во некои големи индустриски полиња и влегоа во ерата на „лесното производство“; иако развојот на ласерски апликации во Кина е брз, но стапката на пенетрација на апликацијата е сè уште релативно ниска. Како основна технологија на индустриско надградување, ласерската индустрија ќе продолжи да биде клучна област на национална поддршка и ќе продолжи да го проширува опсегот на примена и на крајот да ја промовира кинеската преработувачка индустрија во ерата на „лесното производство“. Од сегашната развојна ситуација, развојот на кинеската ласерска индустрија ги покажува следните развојни трендови.
(1) Полупроводничкиот ласерски чип и другите основни компоненти постепено ја реализираат локализацијата
Земете ласерски влакна како пример, изворот на ласерска пумпа со висока моќност на влакна е главната област на примена на полупроводнички ласер, полупроводничкиот ласерски чип и модул со висока моќност е важна компонента на ласерот со влакна. Во последниве години, кинеската индустрија за ласер со оптички влакна е во фаза на брз раст, а степенот на локализација се зголемува од година во година.
Во однос на пенетрацијата на пазарот, на пазарот на ласери со ниска моќност, пазарниот удел на домашните ласери достигна 99,01% во 2019 година; на пазарот на ласерски влакна со средна моќност, стапката на пенетрација на домашните ласери се одржува на повеќе од 50% во последниве години; процесот на локализација на ласерите со влакна со висока моќност исто така постепено напредува, од 2013 до 2019 година за да се постигне „од нула“. Процесот на локализација на ласерите со влакна со голема моќност исто така постепено напредува, од 2013 до 2019 година, и достигна стапка на пенетрација од 55,56%, а домашната стапка на пенетрација на ласерите со висока моќност со влакна се очекува да биде 57,58% во 2020 година.
Сепак, основните компоненти, како што се високомоќните полупроводнички ласерски чипови, сè уште зависат од увозот, а нагорните компоненти на ласерите со полупроводнички ласерски чипови како јадро постепено се локализираат, што од една страна ја подобрува пазарната скала на нагорните компоненти на домашни ласери, а од друга страна, со локализација на горните јадра компоненти, може да ја подобри способноста на домашните ласерски производители да учествуваат во меѓународни конкуренција.
(2) Ласерските апликации продираат побрзо и пошироко
Со постепена локализација на горните оптоелектронски компоненти нагоре и постепено намалување на трошоците за ласерска апликација, ласерите ќе навлезат подлабоко во многу индустрии.
Од една страна, за Кина, ласерската обработка исто така се вклопува во првите десет области на примена на кинеската преработувачка индустрија и се очекува дека областите на примена на ласерска обработка дополнително ќе се прошират и пазарната скала дополнително ќе се прошири во иднина. Од друга страна, со континуираната популаризација и развој на технологии како што се без возач, напреден систем за асистирање на возење, сервис-ориентиран робот, 3D сензори итн., ќе се применува повеќе во многу области како што се автомобилите, вештачката интелигенција, потрошувачката електроника. , препознавање лица, оптичка комуникација и истражување на националната одбрана. Како основен уред или компонента на горенаведените ласерски апликации, полупроводничкиот ласер исто така ќе добие простор за брз развој.
(3) Поголема моќност, подобар квалитет на зракот, пократка бранова должина и побрз развој на насоката на фреквенцијата
Во областа на индустриските ласери, ласерите со влакна постигнаа голем напредок во однос на излезната моќност, квалитетот на зракот и осветленоста од нивното воведување. Сепак, поголемата моќност може да ја подобри брзината на обработка, да го оптимизира квалитетот на обработката и да го прошири полето на обработка во производството на тешката индустрија, во автомобилското производство, производството на воздухопловството, енергијата, производството на машини, металургијата, изградбата на железнички транспорт, научни истражувања и други полиња на примена во сечењето , заварување, површинска обработка итн., барањата за моќност на ласерски влакна продолжуваат да се зголемуваат. Соодветните производители на уреди треба постојано да ги подобруваат перформансите на основните уреди (како што се полупроводнички ласерски чип со висока моќност и влакно), зголемувањето на моќта на ласерот со влакна, исто така, бара напредна технологија за ласерска модулација, како што се комбинирање на зрак и синтеза на енергија, што ќе донесе нови барања и предизвици за производителите на полупроводнички ласерски чипови со висока моќност. Покрај тоа, пократки бранови должини, повеќе бранови должини, побрз (ултрабрз) ласерски развој е исто така важна насока, главно се користи во чипови со интегрирано коло, дисплеи, електроника за широка потрошувачка, воздушна и друга прецизна микропроцесирање, како и животни науки, медицински, сензори и други. полиња, полупроводничкиот ласерски чип, исто така, постави нови барања.
(4) за висока моќност ласерски оптоелектронски компоненти побарувачката за понатамошен раст
Развојот и индустријализацијата на ласерот со влакна со висока моќност е резултат на синергетскиот напредок на индустрискиот синџир, кој бара поддршка од основни оптоелектронски компоненти како што се извор на пумпа, изолатор, концентратор на зрак итн. Оптоелектронските компоненти што се користат во висока моќност ласерите со влакна се основата и клучните компоненти на неговиот развој и производство, а растечкиот пазар на ласерски влакна со висока моќност, исто така, ја поттикнува побарувачката на пазарот за основни компоненти како што се полупроводнички ласерски чипови со висока моќност. Во исто време, со континуираното подобрување на домашната технологија на ласерски влакна, замена на увозот стана неизбежен тренд, пазарниот удел на ласерот во светот ќе продолжи да се подобрува, што исто така носи големи можности за локална сила на производителите на оптоелектронски компоненти.
Време на објавување: Мар-07-2023
