1. Ringkesan industri Laser
(1) Pambuka Laser
Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, disingkat LASER) minangka sinar kolimat, monochromatic, koheren, arah cahya sing diprodhuksi dening amplifikasi radiasi cahya ing frekuensi sing sempit liwat resonansi lan radiasi umpan balik sing bungah.
Teknologi laser asalé saka awal taun 1960-an, lan amarga saka alam temen beda saka cahya biasa, laser iki rauh digunakake digunakake ing macem-macem kothak lan profoundly dipengaruhi pangembangan lan transformasi ilmu, teknologi, ekonomi lan masyarakat.
Lair saka laser wis dramatically ngganti pasuryan saka optik kuna, ngembangaken fisika optik klasik menyang disiplin dhuwur-tech anyar sing nyakup loro optik klasik lan Photonics modern, nggawe kontribusi irreplaceable kanggo pangembangan ekonomi manungsa lan masyarakat. Riset fisika laser wis nyumbang kanggo berkembang rong cabang utama fisika fotonik modern: fotonik energi lan fotonik informasi. Iki kalebu optik nonlinier, optik kuantum, komputasi kuantum, sensing laser lan komunikasi, fisika plasma laser, kimia laser, biologi laser, obat laser, spektroskopi lan metrologi laser ultra-tepat, fisika atom laser kalebu pendinginan laser lan riset materi kental Bose-Einstein. , bahan fungsional laser, manufaktur laser, fabrikasi chip mikro-optoelektronik laser, pencetakan laser 3D lan luwih saka 20 perbatasan internasional disiplin lan aplikasi teknologi. Departemen Ilmu lan Teknologi Laser (DSL) wis ditetepake ing wilayah kasebut.
Ing industri manufaktur laser, donya wis mlebu ing jaman "manufaktur cahya", miturut statistik industri laser internasional, 50% saka GDP taunan saka Amerika Serikat1 related kanggo expansion pasar cepet saka aplikasi laser tingkat dhuwur. Sawetara negara maju, sing diwakili dening Amerika Serikat, Jerman lan Jepang, wis rampung ngganti proses tradisional kanthi pangolahan laser ing industri manufaktur utama kayata otomotif lan penerbangan. Laser ing Manufaktur industri wis nuduhake potensial gedhe kanggo biaya kurang, kualitas, dhuwur-efficiency lan aplikasi Manufaktur khusus sing ora bisa ngrambah dening Manufaktur conventional, lan wis dadi pembalap penting kompetisi lan inovasi antarane negara industri utama ing donya. Negara-negara kanthi aktif ndhukung teknologi laser minangka salah sawijining teknologi mutakhir sing paling penting lan wis ngembangake rencana pangembangan industri laser nasional.
(2)LaserSumber Princi
Laser minangka piranti sing nggunakake radiasi bungah kanggo ngasilake cahya sing katon utawa ora katon, kanthi struktur kompleks lan alangan teknis sing dhuwur. Sistem optik utamane dumadi saka sumber pompa (sumber eksitasi), medium gain (zat kerja) lan rongga resonansi lan bahan piranti optik liyane. Media gain minangka sumber generasi foton, lan kanthi nyerep energi sing diasilake dening sumber pompa, medium gain mlumpat saka negara lemah menyang negara bungah. Wiwit kahanan bungah ora stabil, ing wektu iki, medium gain bakal ngeculake energi kanggo bali menyang kahanan lemah. Ing proses iki release energi, ing medium gain mrodhuksi foton, lan foton iki duwe jurusan dhuwure konsistensi ing energi, dawa gelombang lan arah, lagi saya dibayangke ing growong resonant optik, gerakan timbal balik, supaya minangka kanggo terus-terusan amplify, lan pungkasanipun. njupuk metu laser liwat reflektor kanggo mbentuk sinar laser. Minangka sistem optik inti saka peralatan terminal, kinerja laser asring langsung nemtokake kualitas lan daya balok output saka peralatan laser, iku komponen inti saka peralatan laser terminal.
Sumber pompa (sumber eksitasi) nyedhiyakake eksitasi energi menyang medium gain. Media gain bungah kanggo ngasilake foton kanggo ngasilake lan nggedhekake laser. Rongga resonansi minangka papan ing ngendi karakteristik foton (frekuensi, fase lan arah operasi) diatur kanggo entuk sumber cahya output sing berkualitas kanthi ngontrol osilasi foton ing rongga kasebut. Sumber kumpa (sumber eksitasi) nyedhiyakake eksitasi energi kanggo medium gain. Media gain bungah kanggo ngasilake foton kanggo ngasilake lan nggedhekake laser. Rongga resonansi minangka papan ing ngendi karakteristik foton (frekuensi, fase lan arah operasi) diatur kanggo entuk sumber cahya output sing berkualitas kanthi ngontrol osilasi foton ing rongga kasebut.
(3)Klasifikasi Sumber Laser
Sumber laser bisa diklasifikasikaké miturut gain medium, dawa gelombang output, mode operasi, lan mode pumping, minangka nderek
① Klasifikasi kanthi medium gain
Miturut media gain beda, laser bisa dipérang dadi ngalangi negara (kalebu ngalangi, semikonduktor, serat, Sato), laser Cairan, laser gas, etc.
| LaserSumberJinis | Entuk Media | Fitur Utama |
| Sumber Laser Solid State | Solid, Semikonduktor, Serat Optik, Hibrida | Stabilitas sing apik, daya dhuwur, biaya pangopènan sing murah, cocok kanggo industrialisasi |
| Sumber Laser Cairan | Cairan kimia | Jangkoan dawa gelombang opsional, nanging ukuran gedhe lan biaya pangopènan dhuwur |
| Sumber Laser Gas | gas | Sumber cahya laser kualitas dhuwur, nanging ukuran luwih gedhe lan biaya pangopènan sing luwih dhuwur |
| Sumber Laser Elektron Gratis | Beam elektron ing medan magnet tartamtu | Daya ultra-dhuwur lan output laser kualitas dhuwur bisa digayuh, nanging teknologi manufaktur lan biaya produksi dhuwur banget |
Amarga stabilitas sing apik, daya dhuwur lan biaya pangopènan sing murah, aplikasi laser solid-state njupuk kauntungan mutlak.
Antarane laser ngalangi-negara, laser semikonduktor duwe kaluwihan saka efficiency dhuwur, ukuran cilik, urip dawa, konsumsi energi kurang, etc Ing tangan siji, padha bisa langsung Applied minangka sumber cahya inti lan support kanggo Processing laser, medical, komunikasi, roso, tampilan, ngawasi lan aplikasi pertahanan, lan wis dadi basis penting kanggo pangembangan teknologi laser modern karo pinunjul pembangunan strategis.
Ing tangan liyane, laser semikonduktor uga bisa digunakake minangka sumber cahya pumping inti kanggo laser liyane kayata laser ngalangi-negara lan laser serat, nemen mromosiaken kemajuan teknologi kabeh lapangan laser. Kabeh negara maju utama ing donya wis kalebu ing rencana pembangunan nasional, menehi dhukungan kuwat lan entuk pembangunan cepet.
② Miturut cara pumping
Laser bisa dipérang dadi elektrik pumped, optically pumped, kimia pumping laser, etc miturut cara pumping.
Laser pompa listrik nuduhake laser bungah dening saiki, laser gas biasane bungah dening discharge gas, nalika laser semikonduktor biasane bungah dening injeksi saiki.
Meh kabeh laser solid state lan laser cair yaiku laser pump optik, lan laser semikonduktor digunakake minangka sumber pumping inti kanggo laser pump optik.
Laser sing dipompa kanthi kimia nuduhake laser sing nggunakake energi sing dibebasake saka reaksi kimia kanggo nyenengake materi sing digunakake.
③Klasifikasi miturut mode operasi
Laser bisa dipérang dadi laser terus-terusan lan laser pulsed miturut mode operasi.
Laser sing terus-terusan duwe distribusi stabil saka jumlah partikel ing saben tingkat energi lan medan radiasi ing rongga, lan operasi kasebut ditondoi kanthi eksitasi bahan kerja lan output laser sing cocog kanthi cara sing terus-terusan sajrone wektu sing suwe. . Laser sing terus-terusan bisa ngasilake sinar laser kanthi terus-terusan kanggo wektu sing luwih suwe, nanging efek termal luwih jelas.
Laser Pulsed nuduhake durasi wektu nalika daya laser wis maintained ing Nilai tartamtu, lan output cahya laser ing proses pedhot, karo ciri utama saka efek termal cilik lan kontrol apik.
④ Klasifikasi miturut dawa gelombang output
Laser bisa digolongake miturut dawa gelombang minangka laser infra merah, laser katon, laser ultraviolet, laser ultraviolet jero, lan liya-liyane. Kisaran dawa gelombang cahya sing bisa diserap dening bahan kabentuk beda beda, supaya laser saka dawa gelombang beda dibutuhake kanggo proses nggoleki bahan beda utawa kanggo skenario aplikasi beda.Laser inframerah lan laser UV minangka rong laser sing paling akeh digunakake. Laser inframerah utamané dipigunakaké ing "proses termal", ing ngendi materi ing permukaan materi digawe panas lan nguap (nguap) kanggo mbusak materi; ing film tipis pangolahan bahan non-logam, nglereni wafer semikonduktor, nglereni kaca organik, pengeboran, menehi tandha lan lapangan liyane, energi dhuwur Ing bidang pangolahan bahan non-logam film tipis, nglereni wafer semikonduktor, nglereni kaca organik, pengeboran, menehi tandha, lan liya-liyane, foton UV energi dhuwur langsung ngrusak ikatan molekul ing permukaan bahan non-logam, supaya molekul bisa dipisahake saka obyek kasebut, lan cara iki ora ngasilake panas sing dhuwur. reaksi, dadi biasane disebut "proses kadhemen".
Amarga saka energi dhuwur saka foton UV, iku angel kanggo generate daya dhuwur laser terus UV tartamtu dening sumber eksitasi external, supaya laser UV umume kui dening aplikasi saka materi kristal nonlinear cara konversi frekuensi efek, supaya saiki digunakake digunakake. lapangan industri saka laser UV utamané ngalangi-negara laser UV.
(4) Rantai industri
Hulu rantai industri yaiku nggunakake bahan mentah semikonduktor, peralatan dhuwur lan aksesoris produksi sing gegandhengan kanggo ngasilake inti laser lan piranti optoelektronik, sing dadi pondasi industri laser lan nduweni ambang akses sing dhuwur. Midstream chain industri yaiku nggunakake chip laser hulu lan piranti optoelektronik, modul, komponen optik, lan liya-liyane minangka sumber pompa kanggo pabrik lan adol macem-macem laser, kalebu laser semikonduktor langsung, laser karbon dioksida, laser solid-state, serat laser, lsp; industri hilir utamane nuduhake area aplikasi saka macem-macem laser, kalebu peralatan pangolahan industri, LIDAR, komunikasi optik, kaendahan medis lan industri aplikasi liyane
①Pemasok hulu
Bahan mentah kanggo produk hulu kayata chip laser semikonduktor, piranti lan modul utamane macem-macem bahan chip, bahan serat lan bagean mesin, kalebu substrat, sink panas, bahan kimia lan set omah. Pangolahan chip mbutuhake kualitas lan kinerja bahan mentah hulu, utamane saka pemasok manca, nanging tingkat lokalisasi saya mundhak, lan mboko sithik entuk kontrol mandiri. Kinerja bahan mentahan hulu utama duweni pangaruh langsung marang kualitas chip laser semikonduktor, kanthi kinerja terus-terusan saka macem-macem bahan chip, kanggo nambah kinerja produk industri nduweni peran positif kanggo promosi.
②Rantai industri midstream
Semikonduktor chip laser punika sumber cahya pump inti saka macem-macem jinis laser ing midstream saka chain industri, lan muter peran positif ing mromosiaken pangembangan laser midstream. Ing lapangan laser midstream, Amerika Serikat, Jerman lan Enterprises jaban rangkah liyane dominasi, nanging sawise pembangunan kanthi cepet saka industri laser domestik ing taun anyar, pasar midstream saka chain industri wis ngrambah substitusi domestik cepet.
③Rantai industri hilir
Industri hilir nduweni peran sing luwih gedhe kanggo ningkatake perkembangan industri kasebut, mula pangembangan industri hilir bakal langsung mengaruhi ruang pasar industri kasebut. Pertumbuhan ekonomi China sing terus-terusan lan muncule kesempatan strategis kanggo transformasi ekonomi nggawe kahanan pangembangan sing luwih apik kanggo pangembangan industri iki. China pindhah saka negara manufaktur menyang pabrikan, lan laser hilir lan peralatan laser minangka salah sawijining kunci kanggo nganyarke industri manufaktur, sing nyedhiyakake lingkungan dikarepake sing apik kanggo perbaikan jangka panjang industri iki. Syarat industri hilir kanggo indeks kinerja Kripik laser semikonduktor lan piranti sing saya tambah, lan Enterprises domestik sing mboko sithik ngetik pasar laser daya dhuwur saka pasar laser daya kurang, supaya industri kudu terus-terusan nambah investasi ing lapangan riset teknologi. lan pangembangan lan inovasi independen.
2. status pangembangan industri laser semikonduktor
Laser semikonduktor nduweni efisiensi konversi energi paling apik ing antarane kabeh jinis laser, ing tangan siji, bisa digunakake minangka sumber pompa inti laser serat optik, laser solid-state lan laser pump optik liyane. Ing tangan liyane, kanthi terobosan terus teknologi laser semikonduktor ing syarat-syarat efisiensi daya, padhang, umur, multi-panjang gelombang, tingkat modulasi, lan sapiturute, laser semikonduktor digunakake digunakake ing pangolahan materi, medical, komunikasi optik, sensing optik, pertahanan, lsp. Miturut Laser Focus World, total revenue global laser dioda, yaiku, laser semikonduktor lan laser non-dioda, kira-kira $18,480. yuta ing 2021, kanthi laser semikonduktor 43% saka total revenue.
Miturut Laser Focus World, pasar laser semikonduktor global bakal dadi $6,724 yuta ing 2020, munggah 14.20% saka taun sadurunge. Kanthi pangembangan intelijen global, tambah akeh permintaan kanggo laser ing piranti cerdas, elektronik konsumen, energi anyar lan lapangan liyane, uga ekspansi medis, peralatan kecantikan lan aplikasi liyane sing berkembang, laser semikonduktor bisa digunakake minangka sumber pompa. kanggo laser pump optik, lan ukuran pasar bakal terus kanggo njaga wutah stabil. 2021 ukuran pasar laser semikonduktor global $7.946 milyar, tingkat wutah pasar 18.18%.
Liwat usaha gabungan para ahli teknis lan perusahaan lan praktisi, industri laser semikonduktor China wis ngrambah pembangunan sing luar biasa, supaya industri laser semikonduktor China wis ngalami proses saka awal, lan wiwitan prototipe industri laser semikonduktor China. Ing taun-taun pungkasan, China wis nambah pangembangan industri laser, lan macem-macem wilayah wis pengabdian kanggo riset ilmiah, penambahan teknologi, pangembangan pasar lan construction saka taman industri laser ing pimpinan pamaréntah lan kerjasama Enterprises laser.
3. Tren pangembangan mangsa industri laser China
Dibandhingake karo negara maju ing Eropah lan Amerika Serikat, teknologi laser China ora telat, nanging ing aplikasi teknologi laser lan teknologi dhuwur-mburi inti isih ana longkangan owahan, utamané chip laser semikonduktor hulu lan komponen inti isih gumantung ing impor.
Negara-negara maju sing diwakili dening Amerika Serikat, Jerman lan Jepang wis rampung ngganti teknologi manufaktur tradisional ing sawetara lapangan industri gedhe lan mlebu ing jaman "manufaktur cahya"; sanajan pangembangan aplikasi laser ing China cepet, nanging tingkat seng nembus aplikasi isih relatif kurang. Minangka teknologi inti nganyarke industri, industri laser bakal terus dadi area tombol support nasional, lan terus kanggo nggedhekake orane katrangan saka aplikasi, lan wekasanipun ningkataké industri Manufaktur China kang kanggo "manufaktur cahya" jaman. Saka kahanan pembangunan saiki, pangembangan industri laser China nuduhake tren pembangunan ing ngisor iki.
(1) Chip laser Semikonduktor lan komponen inti liyane mboko sithik nyadari lokalisasi
Njupuk laser serat minangka conto, sumber pump serat laser daya dhuwur minangka area aplikasi utama laser semikonduktor, chip laser semikonduktor daya dhuwur lan modul minangka komponen penting saka laser serat. Ing taun anyar, industri laser serat optik China ing tataran wutah kanthi cepet, lan jurusan lokalisasi nambah taun dening taun.
Ing babagan penetrasi pasar, ing pasar laser serat daya rendah, pangsa pasar laser domestik tekan 99,01% ing taun 2019; ing pasar laser serat medium-daya, tingkat seng nembus laser domestik wis maintained ing luwih saka 50% ing taun anyar; proses lokalisasi laser serat daya dhuwur uga mboko sithik maju, saka 2013 kanggo 2019 kanggo entuk "saka ngeruk". Proses lokalisasi laser serat-daya dhuwur uga mboko sithik maju, saka 2013 kanggo 2019, lan wis tekan tingkat seng nembus saka 55,56%, lan tingkat seng nembus domestik saka laser serat daya dhuwur wis samesthine kanggo 57,58% ing 2020.
Nanging, komponen inti kayata Kripik laser semikonduktor daya dhuwur isih gumantung ing impor, lan komponen hulu laser karo Kripik laser semikonduktor minangka inti sing mboko sithik kang localized, kang ing tangan siji mbenakake ukuran pasar komponen hulu. laser domestik, lan ing tangan liyane, karo localization saka komponen inti hulu, bisa nambah kemampuan manufaktur laser domestik kanggo melu kompetisi internasional.
(2) Aplikasi laser nembus luwih cepet lan luwih akeh
Kanthi lokalisasi bertahap komponen optoelektronik inti hulu lan nyuda biaya aplikasi laser kanthi bertahap, laser bakal nembus luwih jero menyang akeh industri.
Ing tangan siji, kanggo China, Processing laser uga mathuk menyang ndhuwur sepuluh wilayah aplikasi saka industri Manufaktur China, lan iku samesthine sing wilayah aplikasi Processing laser bakal luwih ditambahi lan ukuran pasar bakal luwih ditambahi ing mangsa. Saliyane, kanthi popularitas terus-terusan lan pangembangan teknologi kayata driverless, sistem nyopir sing dibantu canggih, robot berorientasi layanan, sensing 3D, lan sapiturute, bakal luwih ditrapake ing pirang-pirang lapangan kayata mobil, intelijen buatan, elektronik konsumen. , pangenalan pasuryan, komunikasi optik lan riset pertahanan nasional. Minangka piranti inti utawa komponen saka aplikasi laser ndhuwur, laser semikonduktor uga bakal gain papan pembangunan kanthi cepet.
(3) Daya sing luwih dhuwur, kualitas sinar sing luwih apik, dawane gelombang sing luwih cendhek lan pangembangan arah frekuensi sing luwih cepet
Ing lapangan laser industri, laser serat wis digawe kemajuan gedhe ing syarat-syarat daya output, kualitas Beam lan padhange wiwit introduksi. Nanging, daya sing luwih dhuwur bisa ningkatake kacepetan pangolahan, ngoptimalake kualitas pangolahan, lan nggedhekake lapangan pangolahan menyang manufaktur industri abot, ing manufaktur otomotif, manufaktur aerospace, energi, manufaktur mesin, metalurgi, konstruksi transportasi rel, riset ilmiah lan bidang aplikasi liyane ing pemotongan. , welding, perawatan lumahing, etc., serat laser syarat daya terus nambah. Produsen piranti sing cocog kudu terus-terusan ningkatake kinerja piranti inti (kayata chip laser semikonduktor daya dhuwur lan serat gain), nambah daya laser serat uga mbutuhake teknologi modulasi laser maju kayata gabungan sinar lan sintesis daya, sing bakal nggawa syarat anyar. lan tantangan kanggo manufaktur chip laser semikonduktor daya dhuwur. Kajaba iku, dawane gelombang sing luwih cendhek, luwih dawa gelombang, pangembangan laser sing luwih cepet (ultrafast) uga minangka arah sing penting, utamane digunakake ing chip sirkuit terpadu, layar, elektronik konsumen, aeroangkasa lan microprocessing presisi liyane, uga ilmu urip, medis, sensing lan liya-liyane. lapangan, chip laser semikonduktor uga sijine nerusake syarat anyar.
(4) kanggo komponen optoelektronik laser daya dhuwur dikarepake kanggo wutah luwih
Pangembangan lan industrialisasi laser serat daya dhuwur minangka asil saka kemajuan sinergis rantai industri, sing mbutuhake dhukungan komponen optoelektronik inti kayata sumber pompa, isolator, konsentrator sinar, lan liya-liyane. Komponen optoelektronik digunakake ing daya dhuwur. laser serat minangka basis lan komponen utama pangembangan lan produksi, lan pasar laser serat daya dhuwur uga ndadékaké panjaluk pasar kanggo komponen inti kayata chip laser semikonduktor daya dhuwur. Ing wektu sing padha, kanthi dandan terus teknologi laser serat domestik, substitusi impor wis dadi gaya ono, pangsa pasar laser ing donya bakal terus kanggo nambah, kang uga ndadekke kesempatan gedhe kanggo kekuatan lokal manufaktur komponen optoelektronik.
Posting wektu: Mar-07-2023
