1. Преглед на ласерската индустрија
(1) Вовед во ласерот
Ласер (засилување на светлината со стимулирана емисија на зрачење, скратено како ЛАСЕР) е колимиран, монохроматски, кохерентен, насочен зрак светлина произведен со засилување на светлосното зрачење на тесна фреквенција преку возбудена повратна резонанца и зрачење.
Ласерската технологија потекнува од раните 1960-ти, а поради својата сосема различна природа од обичната светлина, ласерот наскоро стана широко користен во различни области и длабоко влијаеше врз 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 што ги опфаќа и класичната оптика и модерната фотоника, давајќи незаменлив придонес во развојот на човековата економија и општество. Истражувањата во ласерската физика придонесоа за процутот 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, ултрапрецизна ласерска спектроскопија и метрологија, ласерска атомска физика, вклучувајќи ласерско ладење и истражување на кондензирана материја Бозе-Ајнштајн, ласерски функционални материјали, ласерско производство, ласерско производство на микро-оптоелектронски чипови со ласер, ласерско 3D печатење и повеќе од 20 меѓународни гранични дисциплини и технолошки апликации. Одделот за ласерска наука и технологија (DSL) е основан во следните области.
Во индустријата за производство на ласери, светот влезе во ерата на „лесно производство“, според меѓународната статистика на ласерската индустрија, 50% од годишниот БДП на Соединетите Американски Држави1 е поврзан со брзата експанзија на пазарот на високо ниво на ласерски апликации. Неколку развиени земји, претставени од Соединетите Американски Држави, Германија и Јапонија, во основа ја завршија замената на традиционалните процеси со ласерска обработка во главните производствени индустрии како што се автомобилската и авијацијата. Ласерот во индустриското производство покажа голем потенцијал за ниски трошоци, висок квалитет, висока ефикасност и специјални производствени апликации што не можат 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 развија национални планови за развој на ласерската индустрија.
(2)ЛасерИзвор Ппринцип
Ласерот е уред кој користи возбудено зрачење за да произведе видлива или невидлива светлина, со комплексна структура и високи технички бариери. Оптичкиот систем е главно составен од извор на пумпа (извор на возбуда), медиум за засилување (работна супстанца) и резонантна празнина и други материјали на оптичкиот уред. Медиумот за засилување е извор на генерирање фотони, и со апсорбирање на енергијата генерирана од изворот на пумпата, медиумот за засилување скока од основна состојба во возбудена состојба. Бидејќи возбудената состојба е нестабилна, во овој момент, медиумот за засилување ќе ослободи енергија за да се врати во стационарна 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 оптичко-резонантната празнина, се движат реципрочно, така што континуирано се засилуваат, и конечно го исфрлаат ласерот низ рефлекторот за да формираат ласерски зрак. Како основен оптички систем на терминалната опрема, перформансите на ласерот често директно го одредуваат квалитетот и моќноста на излезниот зрак на ласерската опрема, што е основна компонента на терминалната ласерска опрема.
Изворот на пумпата (извор на побудување) обезбедува енергетска побуда на медиумот за засилување. Медиумот за засилување е возбуден за да произведе фотони за генерирање и засилување на ласерот. Резонантната празнина е местото каде што карактеристиките на фотоните (фреквенција, фаза и насока на работа) се регулираат за да се добие висококвалитетен излезен извор на светлина со контролирање на осцилациите на фотоните во празнината. Изворот на пумпата (извор на побудување) обезбедува енергетска побуда за медиумот за засилување. Медиумот за засилување е возбуден за да произведе фотони за генерирање и засилување на ласерот. Резонантната празнина е местото каде што карактеристиките на фотоните (фреквенција, фаза и насока на работа) се прилагодуваат за да се добие висококвалитетен излезен извор на светлина со контролирање на осцилациите на фотоните во празнината.
(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, на следниов начин
① Класификација според медиумот за засилување
Според различните медиуми за засилување, ласерите можат да се поделат на цврста состојба (вклучувајќи цврста, полупроводничка, фибер-оптичка, хибридна), течна состојба, гасна состојба итн.
| ЛасерИзворТип | Gain Media | Главни карактеристики |
| Извор на ласер во цврста состојба | Цврсти тела, Полупроводници, Оптички влакна, Хибрид | Убава стабилност, висока моќност, ниски трошоци за одржување, погодни за индустријализација |
| Извор на течен ласер | Хемиски течности | Опционален опсег на бранова должина е погоден, но големи димензии и високи трошоци за одржување |
| Извор на гасен ласер | Гасови | Висококвалитетен ласерски извор на светлина, но со поголема големина и повисоки трошоци за одржување |
| Бесплатен извор на електронски ласер | Електронски зрак во одредено магнетно поле | Може да се постигне ултра висока моќност и висок квалитет на ласерскиот излез, но технологијата на производство и трошоците за производство се многу високи. |
Поради добрата стабилност, високата моќност и ниските трошоци за одржување, примената на цврсти ласери има апсолутна предност.
Меѓу ласерите во цврста состојба, полупроводничките ласери имаат предности како висока ефикасност, мала големина, долг век на траење, ниска потрошувачка на енергија итн. Од една страна, тие можат директно да се применат како основен извор на светлина и поддршка за ласерска обработка, медицина, комуникација, сензори, прикажување, следење и одбранбени апликации, и станаа важна основа за развој на модерна ласерска технологија со стратешко значење за развој.
Од друга страна, полупроводничките ласери можат да се користат и како извор на светлина за пумпање на јадрото за други ласери како што се ласери во цврста состојба и фибер ласери, што во голема мера го промовира технолошкиот напредок на целото ласерско поле. Сите големи развиени земји во светот го вклучија ова во своите национални планови за развој, давајќи силна поддршка и добивајќи брз развој.
② Според методот на пумпање
Ласерите можат да се поделат на електрично пумпани, оптички пумпани, хемиски пумпани ласери итн., според методот на пумпање.
Електрично пумпаните ласери се однесуваат на ласери возбудени со струја, гасните ласери се возбудени претежно со гасно празнење, додека полупроводничките ласери се возбудени претежно со вбризгување на струја.
Речиси сите ласери во цврста состојба и течни ласери се оптички пумпни ласери, а полупроводничките ласери се користат како јадро на пумпување за оптички пумпни ласери.
Хемиски пумпаните ласери се однесуваат на ласери кои ја користат енергијата ослободена од хемиските реакции за да го возбудат работниот материјал.
③Класификација според режимот на работа
Ласерите можат да се поделат на континуирани и пулсирачки ласери според нивниот начин на работа.
Континуираните ласери имаат стабилна распределба на бројот на честички на секое енергетско ниво и полето на зрачење во шуплината, а нивното работење се карактеризира со побудување на работниот материјал и соодветниот ласерски излез на континуиран начин во текот на долг временски период. Континуираните ласери можат континуирано да емитуваат ласерска светлина подолг временски период, но термичкиот ефект е поочигледен.
Пулсирачките ласери се однесуваат на временското времетраење кога моќноста на ласерот се одржува на одредена вредност и произведува ласерска светлина на дисконтинуиран начин, со главни карактеристики на мал термички ефект и добра контрола.
④ Класификација според излезна бранова должина
Ласерите можат да се класифицираат според брановата должина како инфрацрвени ласери, видливи ласери, ултравиолетови ласери, длабоки ултравиолетови ласери и така натаму. 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 најшироко користени 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 обработката на тенки неметални материјали, сечењето на полупроводнички плочки, сечењето на органско стакло, дупчењето, обележувањето и други полиња, со висока енергија. Во областа на обработката на тенки неметални материјали, сечењето на полупроводнички плочки, сечењето на органско стакло, дупчењето, обележувањето итн., УВ фотоните со висока енергија директно ги раскинуваат молекуларните врски на површината на неметалните материјали, така што молекулите можат да се одвојат од објектот, а овој метод не произведува реакција на висока топлина, 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 побудување, па затоа УВ ласерот генерално се генерира со примена на метод на конверзија на фреквенција со нелинеарен ефект на кристален материјал, па затоа моментално широко користената индустриска област на УВ ласери се главно УВ ласери во цврста состојба.
(4) Индустриски синџир
Напредниот тек на индустрискиот синџир е употребата на полупроводнички суровини, опрема од висока класа и сродна производствена опрема за производство на ласерски јадра и оптоелектронски уреди, што е камен-темелник на ласерската индустрија и има висок праг на пристап. Средниот тек на индустрискиот синџир е употребата на ласерски чипови и оптоелектронски уреди, модули, оптички компоненти итн. како извори на пумпа за производство и продажба на разни ласери, вклучувајќи директни полупроводнички ласери, ласери со јаглерод диоксид, ласери во цврста состојба, ласери со влакна итн.; низводната индустрија главно се однесува на областите на примена на разни ласери, вклучувајќи опрема за индустриска обработка, LIDAR, оптички комуникации, медицинска убавина и други индустрии за примена.
① Добавувачи од нагорниот тек
Суровините за производите од горе во течението, како што се полупроводнички ласерски чипови, уреди и модули, се главно разни материјали за чипови, влакна и машински обработени делови, вклучувајќи подлоги, ладилници, хемикалии и комплети за куќиште. Преработката на чипови бара висок квалитет и перформанси на суровините од горе во течението, главно од странски добавувачи, но степенот на локализација постепено се зголемува и постепено се постигнува независна контрола. Перформансите на главните суровини од горе во течението имаат директно влијание врз квалитетот на полупроводничките ласерски чипови, со континуирано подобрување на перформансите на различните материјали за чипови, подобрувањето на перформансите на производите во индустријата игра позитивна улога во промоцијата.
② Среден индустриски синџир
Полупроводничкиот ласерски чип е извор на светлина за разни видови ласери во средниот индустриски синџир и игра позитивна улога во промовирањето на развојот на средните ласери. Во областа на средните ласери, доминираат САД, Германија и други странски претпријатија, но по брзиот развој на домашната ласерска индустрија во последниве години, средниот пазар на индустрискиот синџир постигна брза домашна замена.
③ Индустриски синџир низводно
Нископроводната индустрија има поголема улога во промовирањето на развојот на индустријата, па затоа развојот на нископроводната индустрија директно ќе влијае на пазарниот простор на индустријата. Континуираниот раст на кинеската економија и појавата на стратешки можности за економска трансформација создадоа подобри услови за развој на оваа индустрија. Кина се движи од земја на производство во производствен центар, а ласерите и ласерската опрема за нископроводни производи се еден од клучните фактори за надградба на производствената индустрија, што обезбедува добра средина за побарувачка за долгорочно подобрување на оваа индустрија. Барањата на нископроводната индустрија 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, па затоа индустријата мора континуирано да ги зголемува инвестициите во областа на технолошко истражување и развој и независни иновации.
2. статус на развој на индустријата за полупроводнички ласери
Полупроводничките ласери имаат најдобра ефикасност на конверзија на енергија меѓу сите видови ласери, од една страна, тие можат да се користат како основен извор на пумпа за ласери со оптички влакна, ласери со цврста состојба и други оптички ласери со пумпа. 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, медицината, оптичката комуникација, оптичкото сензорирање, одбраната итн. Според Laser Focus World, вкупниот глобален приход од диодни ласери, т.е. полупроводнички ласери и недиодни ласери, се проценува на 18.480 милиони долари во 2021 година, при што полупроводничките ласери сочинуваат 43% од вкупните приходи.
Според „Лејзер Фокус Ворлд“, глобалниот пазар на полупроводнички ласери ќе изнесува 6.724 милиони долари во 2020 година, што е зголемување од 14,20% во однос на претходната година. Со развојот на глобалната интелигенција, растечката побарувачка за ласери во паметните уреди, потрошувачката електроника, новата енергија и други области, како и континуираната експанзија на медицинската опрема, опремата за убавина и други нови апликации, полупроводничките ласери можат да се користат како извор на пумпа за оптички ласери за пумпа, а нивната големина на пазарот ќе продолжи да одржува стабилен раст. Глобалниот пазар на полупроводнички ласери во 2021 година ќе достигне 7,946 милијарди долари, стапка на раст на пазарот од 18,18%.
Преку заедничките напори на техничките експерти, претпријатијата и практичарите, кинеската индустрија за полупроводнички ласери постигна извонреден развој, така што кинеската индустрија за полупроводнички ласери 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 научни истражувања, подобрување на технологијата, развој на пазарот и изградба на ласерски индустриски паркови под водство на владата и соработката на ласерските претпријатија.
3. Иден тренд на развој на кинеската ласерска индустрија
Во споредба со развиените земји во Европа и САД, ласерската технологија во Кина 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 зависат од увоз.
Развиените земји, претставени од САД, Германија и Јапонија, во основа ја завршија замената на традиционалната производствена технологија во некои големи индустриски области и влегоа во ерата на „лесно производство“; иако развојот на ласерските апликации во Кина е брз, стапката на пенетрација на апликациите е сè уште релативно ниска. Како основна технологија за индустриска надградба, ласерската индустрија ќе продолжи да биде клучна област на национална поддршка и ќе продолжи да го проширува опсегот на примена, и на крајот ќе ја промовира производствената индустрија на Кина во ерата на „лесно производство“. Од моменталната развојна состојба, развојот на кинеската ласерска индустрија ги покажува следните трендови на развој.
(1) Чипот со полупроводнички ласер и другите основни компоненти постепено ја реализираат локализацијата
Да го земеме за пример фибер ласерот, изворот на пумпа за високомоќен фибер ласер е главната област на примена на полупроводничкиот ласер, чипот и модулот за високомоќен полупроводнички ласер е важна компонента на фибер ласерот. Во последниве години, кинеската индустрија за оптички ласери 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 нискоенергетски фибер ласери, пазарниот удел на домашните ласери достигна 99,01% во 2019 година; на пазарот на средноенергетски фибер ласери, стапката на пенетрација на домашните ласери се одржува на повеќе од 50% во последните години; процесот на локализација на високоенергетски фибер ласери исто така постепено напредува, од 2013 до 2019 година за да се постигне „од нула“. Процесот на локализација на високоенергетски фибер ласери исто така постепено напредува, од 2013 до 2019 година, и достигна стапка на пенетрација од 55,56%, а се очекува домашната стапка на пенетрација на високоенергетски фибер ласери да биде 57,58% во 2020 година.
Сепак, основните компоненти како што се високомоќните полупроводнички ласерски чипови сè уште зависат од увоз, а компонентите на ласерите со полупроводнички ласерски чипови како јадро постепено се локализираат, што од една страна го подобрува пазарното ниво на компонентите на домашните ласери, а од друга страна, со локализацијата на компонентите на јадрото, може да се подобри способноста на домашните производители на ласери да учествуваат во меѓународна конкуренција.
(2) Ласерските апликации продираат побрзо и пошироко
Со постепената локализација на оптоелектронските компоненти на горниот тек и постепеното намалување на трошоците за ласерска апликација, ласерите ќе навлезат подлабоко во многу индустрии.
Од една страна, за Кина, ласерската обработка се вклопува и во десетте најважни области на примена во кинеската производствена индустрија, и се очекува дека областите на примена на ласерската обработка ќе бидат дополнително проширени и дека пазарната скала ќе биде дополнително проширена во иднина. Од друга страна, со континуираната популаризација и развој на технологии како што се без возач, напреден систем за возење со помош, робот ориентиран кон услуги, 3D сензори итн., таа ќе биде повеќе применета во многу области како што се автомобилската индустрија, вештачката интелигенција, потрошувачката електроника, препознавањето лица, оптичката комуникација и истражувањето на националната одбрана. Како основен уред или компонента на горенаведените ласерски апликации, полупроводничкиот ласер исто така ќе добие брз простор за развој.
(3) Поголема моќност, подобар квалитет на зракот, пократка бранова бранова должина и побрз развој на насоката на фреквенцијата
Во областа на индустриските ласери, фибер ласери 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 тешка индустрија, во автомобилската индустрија, воздухопловната индустрија, енергетиката, производството на машини, металургијата, железничкиот транспорт, научните истражувања и други области на примена во сечење, заварување, површинска обработка итн., барањата за моќност на фибер ласери продолжуваат да се зголемуваат. Производителите на соодветни уреди треба постојано да ги подобруваат перформансите на основните уреди (како што се високомоќните полупроводнички ласерски чипови и влакна со засилување), зголемувањето на моќноста на фибер ласерот, исто така, бара напредна технологија за ласерска модулација, како што се комбинирање на зраци и синтеза на моќност, што ќе донесе нови барања и предизвици за производителите на високомоќни полупроводнички ласерски чипови. Покрај тоа, пократките бранови должини, поголемите бранови должини, побрзиот (ултрабрз) развој на ласери е исто така важна насока, главно користена во чипови со интегрирани кола, дисплеи, потрошувачка електроника, воздухопловство и други прецизни микропроцеси, како и во биолошките науки, медицината, сензорите и други области, полупроводничкиот ласерски чип, исто така, поставува нови барања.
(4) побарувачката за понатамошен раст на високоенергетските ласерски оптоелектронски компоненти
Развојот и индустријализацијата на високомоќните оптички ласери се резултат на синергистичкиот напредок на индустрискиот синџир, кој бара поддршка од основни оптоелектронски компоненти како што се извор на пумпа, изолатор, концентратор на зраци итн. Оптоелектронските компоненти што се користат во високомоќните оптички ласери се основа и клучни компоненти на нивниот развој и производство, а растечкиот пазар на високомоќни оптички ласери, исто така, ја поттикнува побарувачката на пазарот за основни компоненти како што се високомоќните полупроводнички ласерски чипови. Во исто време, со континуираното подобрување на домашната технологија на оптички ласери, замената на увозот стана неизбежен тренд, уделот на пазарот на ласери во светот ќе продолжи да се подобрува, што исто така носи големи можности за локалната сила на производителите на оптоелектронски компоненти.
Време на објавување: 07.03.2023
