1. Panoramica industria laser
(1) Introduzione laser
Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, abbreviatu cum'è LASER) hè un fasciu di luce collimatu, monocromaticu, coerente, direzzione produttu da l'amplificazione di a radiazione luminosa à una freccia stretta per via di risonanze è radiazioni di feedback eccitati.
Tecnulugia laser urigginarii in u principiu di l'anni 1960, è per via di a so natura cumplitamenti sfarente da a luce ordinaria, u laser hè statu prestu largamente utilizatu in parechji campi è hà influinzatu prufondamente u sviluppu è a trasfurmazioni di a scienza, a tecnulugia, l'ecunumia è a sucetà.
A nascita di u laser hà cambiatu dramaticamente a faccia di l'ottica antica, espansione a fisica ottica classica in una nova disciplina d'alta tecnulugia chì include sia l'ottica classica sia a fotonica muderna, facendu una cuntribuzione insustituibile à u sviluppu di l'ecunumia umana è a sucetà. A ricerca in fisica laser hà cuntribuitu à u fioritura di dui rami maiò di a fisica fotonica moderna: a fotonica di l'energia è a fotonica di l'infurmazioni. Copre l'ottica non lineare, l'ottica quantistica, l'informatica quantistica, u sensu è a cumunicazione laser, fisica di plasma laser, chimica laser, biologia laser, medicina laser, spettroscopia è metrologia laser ultra-precisa, fisica atomica laser cumprese u raffreddamentu laser è a ricerca di materia condensata Bose-Einstein. , materiali funziunali laser, fabricazione laser, fabricazione di chip micro-optoelettronica laser, stampa laser 3D è più di 20 discipline di frontiera internaziunale è applicazioni tecnologiche. U Dipartimentu di Scienza è Tecnulugia Laser (DSL) hè statu stabilitu in i seguenti spazii.
In l'industria di a fabricazione di laser, u mondu hè intrutu in l'era di a "fabbricazione di luce", secondu e statistiche internaziunali di l'industria laser, u 50% di u PIB annuale di i Stati Uniti1 hè in relazione cù l'espansione rapida di u mercatu di l'applicazioni laser d'altu livellu. Diversi paesi sviluppati, rapprisintati da i Stati Uniti, a Germania è u Giappone, anu cumplettatu basu a rimpiazzamentu di i prucessi tradiziunali cù u processu laser in i principali industrii di fabricazione cum'è l'automobile è l'aviazione. Laser in a fabricazione industriale hà dimustratu un grande potenziale per l'applicazioni di fabricazione di low-cost, d'alta qualità, d'alta efficienza è speciale chì ùn ponu micca esse ottenute da a fabricazione convenzionale, è hè diventata un mutore impurtante di a cumpetizione è l'innuvazione trà i principali paesi industriali di u mondu. I paesi sustenenu attivamente a tecnulugia laser cum'è una di e so tecnulugia d'avanguardia più impurtanti è anu sviluppatu piani di sviluppu di l'industria laser naziunale.
(2)LaserFonte Principulu
U laser hè un dispositivu chì usa a radiazione eccitata per pruduce luce visibili o invisibili, cù una struttura cumplessa è alta barriere tecniche. U sistema otticu hè principalmente cumpostu di fonte di pompa (fonte di eccitazione), guadagnà mediu (sustanza di travagliu) è cavità risonante è altri materiali di u dispositivu otticu. U mediu di guadagnu hè a fonte di generazione di fotoni, è assorbendu l'energia generata da a fonte di pompa, u mediu di guadagnu salta da u statu di terra à u statu eccitatu. Siccomu u statu eccitatu hè inestabile, à questu tempu, u mediu di guadagnu liberarà energia per vultà à u statu fermu di u statu di terra. In questu prucessu di liberazione di l'energia, u mediu di guadagnu pruduce fotoni, è questi fotoni anu un altu gradu di coerenza in energia, lunghezza d'onda è direzzione, sò constantemente riflessi in a cavità risonante ottica, u muvimentu reciprocu, in modu di amplificà continuamente, è infine. sparà u laser à traversu u riflettore per furmà un fasciu laser. Cum'è u sistema otticu core di l'equipaggiu di terminal, u rendiment di u laser spessu determina direttamente a qualità è a putenza di u fasciu di output di l'equipaggiu laser, hè u cumpunente core di l'equipaggiu laser terminal.
A fonte di pompa (fonte di eccitazione) furnisce l'eccitazione di energia à u mediu di guadagnu. U mediu di guadagnu hè entusiasmu di pruduce fotoni per generà è amplificà u laser. A cavità risonante hè u locu induve e caratteristiche di u fotoni (frequenza, fase è direzzione di u funziunamentu) sò regulate per ottene una fonte di luce d'alta qualità cuntrullendu l'oscillazioni di u fotoni in a cavità. A fonte di pompa (fonte di eccitazione) furnisce l'eccitazione di energia per u mediu di guadagnu. U mediu di guadagnu hè entusiasmu di pruduce fotoni per generà è amplificà u laser. A cavità risonante hè u locu induve e caratteristiche di u fotoni (frequenza, fase è direzzione di u funziunamentu) sò aghjustate per ottene una fonte di luce di output d'alta qualità cuntrullendu l'oscillazioni di fotoni in a cavità.
(3)Classificazione di Fonti Laser
A fonte laser pò esse classificata secondu u mediu di guadagnu, a lunghezza d'onda di output, u modu di operazione, è u modu di pumping, cum'è seguita.
① Classificazione per guadagnà mediu
Sicondu i diversi media di guadagnu, i laser ponu esse divisi in statu solidu (cumpresu solidu, semiconductor, fibre, hybrid), laser liquid, laser gas, etc.
| LaserFonteTipu | Guadagna Media | Funzioni principali |
| Fonte Laser Solid State | Solidi, Semiconductors, Fibra Ottica, Hybrid | Nizza stabilità, alta putenza, costu di mantenimentu bassu, adattatu per l'industrializazione |
| Fonte Laser Liquid | Liquidi chimichi | Gamma di lunghezza d'onda opzionale hit, ma grande dimensione è altu costu di mantenimentu |
| Fonte Laser à Gas | Gases | Fonte di luce laser d'alta qualità, ma dimensioni più grande è costi di mantenimentu più altu |
| Fonte laser di elettroni gratuiti | Fasci di elettroni in un campu magneticu specificu | Puderete ultra-alta putenza è output laser d'alta qualità pò esse ottinutu, ma a tecnulugia di fabricazione è i costi di produzzione sò assai alti. |
A causa di a bona stabilità, alta putenza è bassu costu di mantenimentu, l'appiecazione di laser di stati solidi piglia un vantaghju assolutu.
À mezu à i laser solid-state, laser semiconductor hannu i vantaghji di alta efficienza, picculu taglia, longa vita, bassu cunsumu d'energia, etc. Da una banda, ponu esse direttamente appiicatu cum'è a surgente di luce core è supportu di trasfurmazioni laser, medicale, cumunicazione, sensing, display, surviglianza è appiicazioni di difesa, è sò diventati una basa impurtante per u sviluppu di a tecnulugia laser mudernu cù significatu strategicu di sviluppu.
Per d 'altra banda, i laser semiconductor ponu ancu esse usatu cum'è u core pumping light source per altri lasers cum'è laser di stati solidi è laser di fibra, prumove assai u prugressu tecnologicu di tuttu u campu di laser. Tutti i grandi paesi sviluppati in u mondu l'anu inclusu in i so piani di sviluppu naziunale, dendu un sustegnu forte è ottene un sviluppu rapidu.
② Sicondu u metudu di pumping
Laser pò esse divisu in electrically pumped, ottically pumped, lasers pumped chimicamenti, etc., secondu u metudu pumping.
I laser pompati elettricamente si riferiscenu à i laser eccitati da u currente, i laser di gas sò soprattuttu eccitati da a scarica di gas, mentri i laser semiconductor sò soprattuttu eccitati da l'iniezione di corrente.
Quasi tutti i laser di stati solidi è i laser di liquidu sò laser di pompa otticu, è i laser semiconductor sò usati cum'è a fonte di pompa di core per i laser di pompa otticu.
I laser pompati chimicamenti si riferiscenu à i laser chì utilizanu l'energia liberata da reazzione chimica per eccitare u materiale di travagliu.
③Classificazione per modu di funziunamentu
Laser pò esse divisu in laser cuntinuu è laser pulsati sicondu u so modu di funziunamentu.
I laser cuntinui anu una distribuzione stabile di u numeru di particeddi à ogni livellu d'energia è u campu di radiazione in a cavità, è u so funziunamentu hè carattarizatu da l'excitazione di u materiale di travagliu è a pruduzzione laser currispundente in una manera cuntinua per un longu periodu di tempu. . I laser cuntinui ponu pruduce luce laser continuamente per un periudu di tempu più longu, ma l'effettu termale hè più evidenti.
Laser pulsati riferite à a durata di u tempu quandu a putenza laser hè mantinuta à un certu valore, è a luce laser di output in una manera discontinua, cù e caratteristiche principali di un picculu effettu termale è una bona controllabilità.
④ Classificazione per lunghezza d'onda di output
I laser ponu esse classificati secondu a lunghezza d'onda cum'è laser infrared, laser visibili, laser ultraviolet, laser ultraviolet deep, etc. A gamma di lunghezze d'onda di luce chì pò esse assorbita da diversi materiali strutturati hè diversu, cusì i laser di diverse lunghezze d'onda sò necessarii per u processamentu fine di materiali diversi o per diversi scenari d'applicazione.I laser infrarossi è i laser UV sò i dui laser più utilizati. I laser infrarossi sò principarmenti usati in "trattamentu termale", induve u materiale nantu à a superficia di u materiale hè riscaldatu è vaporizatu (evaporatu) per sguassà u materiale; in thin film non-metallic processing material, semiconductor wafer cutting, organic glass cutting, drilling, marking and other fields, high energy In u campu di thin film processing material non-metallic, taglio di wafer semiconductor, taglio di vetru organicu, perforazione, marcatura, etc., i photons UV d'alta energia rompanu direttamente i ligami molecolari nantu à a superficia di materiali non metallichi, per quessa chì e molécule ponu esse siparate da l'ughjettu, è stu metudu ùn pruduce micca una reazzione di calore altu, per quessa hè di solitu chjamatu "frid". trasfurmazioni".
A causa di l'alta energia di i fotoni UV, hè difficiule di generà un certu laser UV continuu d'alta putenza da una surgente di eccitazione esterna, cusì u laser UV hè generalmente generatu da l'applicazione di u materiale di cristallo effettu nonlinear metudu di cunversione di frequenza, cusì u currente largamente utilizatu. campu industriale di laser UV sò principarmenti laser UV solid-state.
(4) Catena industriale
L'upstream di a catena di l'industria hè l'usu di materie prime semiconductori, equipaggiu high-end è accessori di produzzione cunnessi per a fabricazione di nuclei laser è apparecchi optoelettronici, chì hè a basa di l'industria laser è hà un altu sogliu di accessu. U midstream di a catena di l'industria hè l'usu di chips laser upstream è apparecchi optoelettronici, moduli, cumpunenti ottici, etc. cum'è fonti di pompa per a fabricazione è a vendita di diversi laser, cumprese laser semiconductor diretti, laser di diossidu di carbonu, laser à stati solidi, laser fibre, etc.; l'industria downstream si riferisce principarmenti à e aree di applicazione di diversi laser, cumprese l'equipaggiu di trasfurmazioni industriali, LIDAR, cumunicazioni ottiche, bellezza medica è altre industrie applicative.
①Fornitori a monte
E materie prime per i prudutti upstream cum'è chips laser semiconductor, dispusitivi è moduli sò principarmenti diversi materiali di chip, materiali di fibra è pezzi machinati, cumprese sustrati, dissipatori di calore, chimichi è set di alloggi. U processu di chip richiede alta qualità è prestazione di materie prime upstream, principarmenti da fornitori stranieri, ma u gradu di localizazione hè gradualmente crescente, è gradualmente ottene u cuntrollu indipendente. U funziunamentu di i principali materie prime upstream hà un impattu direttu nant'à a qualità di chips laser semiconductor, cù u migliuramentu cuntinuu di u funziunamentu di diversi materiali chip, à migliurà u funziunamentu di i prudutti di l'industria ghjucà un rolu pusitivu in a prumuzione.
②Catina di l'industria Midstream
Semiconductor chip laser hè u core pump fonti di luce di vari tipi di laser in u midstream di a catena di l'industria, è ghjoca un rolu pusitivu in prumove u sviluppu di laser midstream. In u campu di i laser midstream, i Stati Uniti, Germania è altre imprese d'oltremare dominanu, ma dopu à u rapidu sviluppu di l'industria laser domestica in l'ultimi anni, u mercatu midstream di a catena di l'industria hà ottenutu rapidu sustituzione domestica.
③Catina industriale a valle
L'industria downstream hà un rolu maiò in a prumuzione di u sviluppu di l'industria, cusì u sviluppu di l'industria downstream affetterà direttamente u spaziu di u mercatu di l'industria. A crescita cuntinua di l'ecunumia di a Cina è l'emergenza di opportunità strategiche per a trasfurmazioni ecunomica anu creatu e cundizioni di sviluppu megliu per u sviluppu di sta industria. A Cina si move da un paese di fabricazione à una putenza di fabricazione, è i laser downstream è l'equipaggiu laser sò una di e chjave per l'aghjurnamentu di l'industria di fabricazione, chì furnisce un ambiente di bona dumanda per a migliione à longu andà di sta industria. I requisiti di l'industria downstream per l'indice di prestazione di chip laser semiconductor è i so dispositi sò in crescita, è l'imprese domestiche entranu gradualmente in u mercatu di laser d'alta putenza da u mercatu di laser di bassa putenza, cusì l'industria deve aumentà continuamente l'investimentu in u campu di a ricerca tecnologica. è u sviluppu è l'innuvazione indipendente.
2. semiconductor laser industria statutu di sviluppu
Laser semiconductor hannu lu megghiu efficienza di cunversione energia trà tutti i tipi di laser, da una banda, ponu esse usatu cum'è a surgente pompa core di laser fibre ottiche, laser solid-state è altri laser pump otticu. Per d 'altra banda, cù l'avanzata cuntinua di a tecnulugia di laser semiconductor in termini di efficienza energetica, luminosità, durata di vita, multi-lunghezza d'onda, velocità di modulazione, etc., i laser semiconductor sò largamente usati in u processu di materiale, medicale, cumunicazione ottica, sensing otticu. difesa, etc.. Sicondu Laser Focus World, l'ingaghjamentu glubale tutale di laser diode, vale à dì, laser semiconductor è laser non diode, hè stimatu à $ 18 480 milioni in 2021, cù laser semiconductor chì cuntanu 43% di l'ingudu tutale.
Sicondu Laser Focus World, u mercatu globale di laser semiconductor serà $ 6,724 milioni in 2020, in crescita di 14,20% da l'annu precedente. Cù u sviluppu di l'intelligenza glubale, a crescente dumanda di laser in i dispositi intelligenti, l'elettronica di u cunsumu, l'energia nova è altri campi, è ancu l'espansione cuntinua di l'equipaggiu medicale, di bellezza è altre applicazioni emergenti, i laser semiconductor ponu esse usatu cum'è una fonte di pompa. per i laser di pompa otticu, è a so dimensione di u mercatu cuntinueghja à mantene a crescita stabile. 2021, a dimensione di u mercatu di laser semiconductor globale di $ 7,946 miliardi, u tassu di crescita di u mercatu di 18,18%.
Attraversu i sforzi cumuna di i sperti tecnichi è l'imprese è i pratichi, l'industria di laser semiconductor di China hà ottinutu un sviluppu straordinariu, cusì chì l'industria laser semiconductor di China hà sperimentatu u prucessu da zero, è u principiu di u prototipu di l'industria laser semiconductor di China. Nta l'ultimi anni, a Cina hà aumentatu u sviluppu di l'industria laser, è diverse regioni sò state dedicate à a ricerca scientifica, u sviluppu di a tecnulugia, u sviluppu di u mercatu è a custruzzione di parchi industriali laser sottu a guida di u guvernu è a cuuperazione di l'imprese laser.
3. Tendenza di sviluppu futuru di l'industria laser di China
Paragunatu cù i paesi sviluppati in Europa è i Stati Uniti, a tecnulugia laser di a Cina ùn hè micca tardu, ma in l'applicazioni di a tecnulugia laser è a tecnulugia di u core high-end ci hè sempre una gap considerable, in particulare u chip laser semiconductor upstream è altri cumpunenti core sò sempre. dipende da l'impurtazioni.
I paesi sviluppati rapprisentati da i Stati Uniti, a Germania è u Giappone anu cumpletu in fondu a sustituzione di a tecnulugia di fabricazione tradiziunale in certi campi industriali grandi è entra in l'era di a "fabbricazione ligera"; ancu s'è u sviluppu di l'applicazioni laser in Cina hè rapida, ma u tassu di penetrazione di l'applicazione hè sempre relativamente bassu. Cum'è a tecnulugia core di l'aghjurnamentu industriale, l'industria laser cuntinueghja à esse una zona chjave di supportu naziunale, è cuntinueghja à espansione u scopu di l'applicazione, è infine prumove l'industria manifattura di China à l'era di "fabbricazione di luce". Da a situazione di sviluppu attuale, u sviluppu di l'industria laser di China mostra i seguenti tendenzi di sviluppu.
(1) Chip laser Semiconductor è altri cumpunenti core rializeghja gradualmente a localizazione
Pigliate u laser di fibra cum'è un esempiu, a fonte di pompa laser di fibra d'alta putenza hè u principale spaziu di applicazione di laser semiconductor, chip laser semiconductor d'alta putenza è modulu hè un cumpunente impurtante di laser in fibra. In l'ultimi anni, l'industria di u laser in fibra ottica di a Cina hè in una fase di crescita rapida, è u gradu di localizazione hè in crescita annu per annu.
In quantu à a penetrazione di u mercatu, in u mercatu di laser di fibra di bassa putenza, a quota di mercatu di laser domestici hà righjuntu 99,01% in 2019; in u mercatu di laser di fibra di putenza media, u tassu di penetrazione di i laser domestici hè statu mantinutu à più di 50% in l'ultimi anni; lu prucessu di localizazione di lasers fibre high-puter hè dinù à pocu à pocu, da 2013 à 2019 à ghjunghje sin'à "da scarrà". U prucessu di localizazione di laser di fibra d'alta putenza hè ancu avanzata gradualmente, da u 2013 à u 2019, è hà righjuntu un tassu di penetrazione di 55,56%, è u tassu di penetrazione domestica di laser di fibra d'alta putenza hè previstu di 57,58% in 2020.
Tuttavia, cumpunenti core, cum'è chips laser semiconductor d'alta putenza, sò sempre dipendenu da l'impurtazioni, è i cumpunenti upstream di laser cù chips laser semiconductor cum'è u core sò gradualmente localizzati, chì da una banda migliurà a scala di u mercatu di i cumpunenti upstream di laser domestici, è da l 'altra banda, cù a localizazione di i cumpunenti core upstream, si pò migliurà a capacità di Manufacturers laser naziunale à participà à a cumpetizione internaziunale.
(2) L'applicazioni laser penetranu più veloce è più largu
Cù a localizzazione graduali di cumpunenti optoelettronici core upstream è a diminuzione graduale di i costi di l'applicazione laser, i laser penetreranu più in profondità in parechje industrie.
Da una banda, per a Cina, u processu laser si inserisce ancu in i primi dieci duminii d'applicazioni di l'industria di fabricazione di China, è hè previstu chì l'applicazioni di u processu laser seranu più allargate è a scala di u mercatu serà più allargata in u futuru. Per d 'altra banda, cù a popularizazione è u sviluppu cuntinuu di tecnulugia cum'è senza driver, sistema avanzatu di guida assistita, robot orientatu à u serviziu, sensazione 3D, etc., serà più appiicata in parechji campi cum'è l'automobile, l'intelligenza artificiale, l'elettronica di u cunsumu. , ricunniscenza facciale, cumunicazione ottica è ricerca di difesa naziunale. Cum'è u dispositivu core o cumpunente di l'applicazioni laser sopra, u laser semiconductor hà ancu guadagnà u spaziu di sviluppu rapidu.
(3) Potenza più alta, qualità di fasciu megliu, lunghezza d'onda più corta è sviluppu di direzzione di frequenza più veloce
In u campu di i lasers industriali, i laser di fibra anu fattu un grande prugressu in quantu à a putenza di output, a qualità di u fasciu è a luminosità da a so introduzione. Tuttavia, una putenza più alta pò migliurà a velocità di trasfurmazioni, ottimisà a qualità di trasfurmazioni, è espansione u campu di trasfurmazioni à a fabricazione di l'industria pesante, in a fabricazione di l'automobile, a fabricazione aerospaziale, l'energia, a fabricazione di machini, a metallurgia, a custruzzione di trasportu ferroviariu, a ricerca scientifica è altri campi d'applicazione in u taglio. , saldatura, trattamentu di a superficia, etc., i bisogni di a putenza laser di fibra cuntinueghjanu à aumentà. I pruduttori di i dispositi currispondenti anu bisognu di migliurà continuamente a prestazione di i dispositi core (cum'è chip laser semiconductor d'alta putenza è fibra di guadagnu), l'aumentu di a putenza di u laser in fibra richiede ancu una tecnulugia avanzata di modulazione laser cum'è a combinazione di fasci è a sintesi di putenza, chì portanu novi esigenze. è sfide à i pruduttori di chip laser semiconductor d'alta putenza. Inoltre, lunghezze d'onda più brevi, più lunghezze d'onda, u sviluppu di laser più veloce (ultrafast) hè ancu una direzzione impurtante, utilizata principalmente in chips di circuiti integrati, display, elettronica di cunsumatori, aerospaziale è altri microprocessing di precisione, è ancu scienze di a vita, mediche, sensing è altri. campi, u chip laser semiconductor dinù pruposti novi esigenze.
(4) per i cumpunenti optoelettronici laser d'alta putenza dumandate una crescita ulteriore
U sviluppu è l'industrializazione di laser di fibra d'alta putenza hè u risultatu di u prugressu sinergicu di a catena industriale, chì esige u sustegnu di cumpunenti optoelettronici core cum'è fonte di pompa, isolante, concentratore di fasciu, etc. laser fibre sò a basa è i cumpunenti chjave di u so sviluppu è a pruduzzione, è u mercatu in espansione di laser in fibra d'alta putenza guida ancu a dumanda di u mercatu di cumpunenti core cum'è chips laser semiconductor d'alta putenza. À u listessu tempu, cù a migliione cuntinuu di a tecnulugia laser di fibra domestica, a sustituzione d'impurtazioni hè diventata una tendenza inevitabbile, a quota di u mercatu di laser in u mondu hà da cuntinuà à migliurà, chì porta ancu grandi opportunità per a forza lucali di i pruduttori di cumpunenti optoelettronici.
Tempu di Postu: Mar-07-2023
