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, direzionale, pruduciutu da l'amplificazione di a radiazione luminosa à una frequenza 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 stati solidi (cumpresi solidi, semiconduttori, fibre, ibridi), laser liquidi, laser di 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 à stati solidi è i laser liquidi 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 laser 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 vita, mediche, sensazioni 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
