1. Ringkesan industri laser
(1) Pambuka Laser
Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, dicekak LASER) yaiku sinar cahya kolimat, monokromatik, koheren, lan arah sing diasilake dening amplifikasi radiasi cahya ing frekuensi sempit liwat resonansi umpan balik lan radiasi sing dieksitasi.
Teknologi laser asale saka awal taun 1960-an, lan amarga sifate sing beda banget karo cahya biasa, laser banjur digunakake sacara wiyar ing macem-macem bidang lan nduweni pengaruh gedhe marang perkembangan lan transformasi ilmu pengetahuan, teknologi, ekonomi, lan masyarakat.
Lairé laser wis ngowahi kanthi dramatis pasuryan optik kuna, ngembangaké fisika optik klasik dadi disiplin teknologi tinggi anyar sing nyakup optik klasik lan fotonik modern, sing mènèhi kontribusi sing ora bisa diganti kanggo pangembangan ékonomi lan masyarakat manungsa. Riset fisika laser wis nyumbang kanggo ngembangaké rong cabang utama fisika fotonik modern: fotonik energi lan fotonik informasi. Iki nyakup optik nonlinier, optik kuantum, komputasi kuantum, penginderaan lan komunikasi laser, fisika plasma laser, kimia laser, biologi laser, kedokteran laser, spektroskopi lan metrologi laser ultra-presisi, fisika atom laser kalebu pendinginan laser lan riset materi kondensasi Bose-Einstein, bahan fungsional laser, manufaktur laser, fabrikasi chip mikro-optoelektronik laser, pencetakan 3D laser lan luwih saka 20 disiplin ilmu perbatasan internasional lan aplikasi teknologi. Departemen Ilmu Pengetahuan lan Teknologi Laser (DSL) wis diadegaké ing wilayah ing ngisor iki.
Ing industri manufaktur laser, jagad iki wis mlebu ing jaman "manufaktur entheng", miturut statistik industri laser internasional, 50% saka PDB taunan Amerika Serikat1 ana hubungane karo ekspansi pasar sing cepet kanggo aplikasi laser tingkat dhuwur. Sawetara negara maju, sing diwakili dening Amerika Serikat, Jerman lan Jepang, wis ngrampungake panggantos proses tradisional karo pangolahan laser ing industri manufaktur utama kayata otomotif lan penerbangan. Laser ing manufaktur industri wis nuduhake potensi gedhe kanggo aplikasi manufaktur sing murah, berkualitas tinggi, efisiensi dhuwur lan khusus sing ora bisa digayuh dening manufaktur konvensional, lan wis dadi pendorong kompetisi lan inovasi sing penting ing antarane negara-negara industri utama ing donya. Negara-negara aktif ndhukung teknologi laser minangka salah sawijining teknologi canggih sing paling penting lan wis ngembangake rencana pangembangan industri laser nasional.
(2)LaserSumber Pprinsip
Laser iku piranti sing nggunakake radiasi sing dieksitasi kanggo ngasilake cahya sing katon utawa ora katon, kanthi struktur sing kompleks lan alangan teknis sing dhuwur. Sistem optik utamane kasusun saka sumber pompa (sumber eksitasi), medium gain (zat kerja) lan rongga resonansi lan bahan piranti optik liyane. Medium gain minangka sumber generasi foton, lan kanthi nyerep energi sing diasilake dening sumber pompa, medium gain mlumpat saka kahanan dhasar menyang kahanan sing dieksitasi. Amarga kahanan sing dieksitasi ora stabil, ing wektu iki, medium gain bakal ngeculake energi kanggo bali menyang kahanan ajeg kahanan dhasar. Ing proses pelepasan energi iki, medium gain ngasilake foton, lan foton iki duwe tingkat konsistensi energi, dawa gelombang, lan arah sing dhuwur, terus-terusan dibayangake ing rongga resonansi optik, gerakan timbal balik, supaya terus-terusan dikuatake, lan pungkasane ngetokake laser liwat reflektor kanggo mbentuk sinar laser. Minangka sistem optik inti saka peralatan terminal, kinerja laser asring langsung nemtokake kualitas lan daya sinar output saka peralatan laser, minangka komponen inti saka peralatan laser terminal.
Sumber pompa (sumber eksitasi) nyedhiyakake energi eksitasi menyang medium gain. Media gain dieksitasi kanggo ngasilake foton kanggo ngasilake lan nggedhekake laser. Rongga resonansi yaiku papan ing ngendi karakteristik foton (frekuensi, fase lan arah operasi) diatur kanggo entuk sumber cahya output sing berkualitas tinggi kanthi ngontrol osilasi foton ing rongga kasebut. Sumber pompa (sumber eksitasi) nyedhiyakake energi eksitasi kanggo medium gain. Media gain dieksitasi kanggo ngasilake foton kanggo ngasilake lan nggedhekake laser. Rongga resonansi yaiku papan ing ngendi karakteristik foton (frekuensi, fase lan arah operasi) diatur kanggo entuk sumber cahya output sing berkualitas tinggi kanthi ngontrol osilasi foton ing rongga kasebut.
(3)Klasifikasi Sumber Laser
Sumber laser bisa diklasifikasikake miturut medium gain, dawa gelombang output, mode operasi, lan mode pompa, kaya ing ngisor iki
① Klasifikasi miturut medium gain
Miturut media gain sing beda-beda, laser bisa dipérang dadi solid state (kalebu solid, semikonduktor, serat, hibrida), laser cair, laser gas, lan liya-liyane.
| LaserSumberTipe | Media Gain | Fitur Utama |
| Sumber Laser Solid State | Padatan, Semikonduktor, Serat Optik, Hibrida | Stabilitas apik, daya dhuwur, biaya perawatan murah, cocok kanggo industrialisasi |
| Sumber Laser Cair | Cairan kimia | Rentang dawa gelombang opsional kena, nanging ukurane gedhe lan biaya perawatan dhuwur |
| Sumber Laser Gas | Gas-gas | Sumber cahya laser kualitas dhuwur, nanging ukurane luwih gedhe lan biaya perawatan luwih dhuwur |
| Sumber Laser Elektron Gratis | Sinar elektron ing medan magnet tartamtu | Daya ultra-dhuwur lan output laser kualitas dhuwur bisa digayuh, nanging teknologi manufaktur lan biaya produksi larang banget. |
Amarga stabilitas sing apik, daya sing dhuwur, lan biaya perawatan sing murah, aplikasi laser solid-state njupuk kauntungan mutlak.
Ing antarane laser solid-state, laser semikonduktor nduweni kaluwihan efisiensi dhuwur, ukuran cilik, umur dawa, konsumsi energi sing sithik, lan liya-liyane. Ing sisih siji, laser kasebut bisa langsung diterapake minangka sumber cahya inti lan dhukungan kanggo aplikasi pangolahan laser, medis, komunikasi, penginderaan, tampilan, pemantauan lan pertahanan, lan wis dadi basis penting kanggo pangembangan teknologi laser modern kanthi signifikansi pangembangan strategis.
Ing sisih liya, laser semikonduktor uga bisa digunakake minangka sumber cahya pompa inti kanggo laser liyane kayata laser solid-state lan laser serat, sing ningkatake kemajuan teknologi kabeh bidang laser. Kabeh negara maju utama ing donya wis kalebu ing rencana pembangunan nasional, menehi dhukungan sing kuwat lan entuk pembangunan sing cepet.
② Miturut cara pompa
Laser bisa dipérang dadi laser sing dipompa kanthi listrik, dipompa kanthi optik, dipompa kanthi kimia, lan liya-liyane miturut metode pompa.
Laser sing dipompa listrik nuduhake laser sing dieksitasi dening arus, laser gas biasane dieksitasi dening debit gas, dene laser semikonduktor biasane dieksitasi dening injeksi arus.
Meh kabeh laser solid state lan laser cair minangka laser pompa optik, lan laser semikonduktor digunakake minangka sumber pompa inti kanggo laser pompa optik.
Laser sing dipompa sacara kimia nuduhake laser sing nggunakake energi sing dibebasake saka reaksi kimia kanggo ngrangsang bahan sing digunakake.
③Klasifikasi miturut mode operasi
Laser bisa dipérang dadi laser terus-terusan lan laser pulsa miturut mode operasiné.
Laser kontinyu duwé distribusi sing stabil saka jumlah partikel ing saben tingkat energi lan medan radiasi ing rongga, lan operasiné ditondoi déning eksitasi bahan sing digarap lan output laser sing cocog kanthi cara sing kontinyu sajrone wektu sing suwé. Laser kontinyu bisa ngetokaké cahya laser kanthi terus-terusan sajrone wektu sing suwé, nanging efek termal luwih jelas.
Laser berdenyut nuduhake durasi wektu nalika daya laser dijaga ing nilai tartamtu, lan ngasilake cahya laser kanthi cara sing ora terus-terusan, kanthi karakteristik utama efek termal cilik lan kontrol sing apik.
④ Klasifikasi miturut dawa gelombang output
Laser bisa diklasifikasikake miturut dawa gelombang minangka laser inframerah, laser sing katon, laser ultraviolet, laser ultraviolet jero, lan liya-liyane. Rentang dawa gelombang cahya sing bisa diserep dening bahan terstruktur sing beda-beda iku beda-beda, mula laser kanthi dawa gelombang sing beda-beda dibutuhake kanggo pangolahan bahan sing beda-beda kanthi apik utawa kanggo skenario aplikasi sing beda-beda.Laser inframerah lan laser UV minangka rong laser sing paling akeh digunakake. Laser inframerah utamane digunakake ing "proses termal", ing ngendi materi ing permukaan materi dipanasake lan diuap (diuap) kanggo mbusak materi kasebut; ing proses bahan non-logam film tipis, pemotongan wafer semikonduktor, pemotongan kaca organik, pengeboran, penandaan lan bidang liyane, energi dhuwur. Ing bidang proses bahan non-logam film tipis, pemotongan wafer semikonduktor, pemotongan kaca organik, pengeboran, penandaan, lan liya-liyane, foton UV energi dhuwur langsung medhot ikatan molekul ing permukaan bahan non-logam, saengga molekul bisa dipisahake saka obyek, lan metode iki ora ngasilake reaksi panas dhuwur, mula biasane diarani "proses adhem".
Amarga energi foton UV sing dhuwur, angel ngasilake laser UV terus-terusan daya dhuwur tartamtu kanthi sumber eksitasi eksternal, mula laser UV umume diasilake kanthi aplikasi metode konversi frekuensi efek nonlinier bahan kristal, mula bidang industri laser UV sing digunakake sacara wiyar saiki utamane laser UV solid-state.
(4) Rantai industri
Ing sisih ndhuwur rantai industri yaiku panggunaan bahan mentah semikonduktor, peralatan canggih, lan aksesoris produksi sing gegandhengan kanggo nggawe inti laser lan piranti optoelektronik, sing minangka pondasi industri laser lan nduweni ambang akses sing dhuwur. Ing tengah rantai industri yaiku panggunaan chip laser hulu lan piranti optoelektronik, modul, komponen optik, lan liya-liyane minangka sumber pompa kanggo nggawe lan dodolan macem-macem laser, kalebu laser semikonduktor langsung, laser karbon dioksida, laser solid-state, laser serat, lan liya-liyane; industri hilir utamane nuduhake area aplikasi macem-macem laser, kalebu peralatan pangolahan industri, LIDAR, komunikasi optik, kecantikan medis, lan industri aplikasi liyane.
①Panyedhiya hulu
Bahan baku kanggo produk hulu kaya ta chip laser semikonduktor, piranti, lan modul utamane macem-macem bahan chip, bahan serat, lan bagean mesin, kalebu substrat, heat sink, bahan kimia, lan set omah. Pangolahan chip mbutuhake kualitas lan kinerja bahan mentah hulu sing dhuwur, utamane saka pemasok manca, nanging tingkat lokalisasi saya tambah, lan mboko sithik entuk kontrol independen. Kinerja bahan mentah hulu utama nduweni pengaruh langsung marang kualitas chip laser semikonduktor, kanthi peningkatan kinerja macem-macem bahan chip sing terus-terusan, kanggo ningkatake kinerja produk industri nduweni peran positif kanggo promosi.
②Rantai industri Midstream
Chip laser semikonduktor minangka sumber cahya pompa inti saka macem-macem jinis laser ing tengah-tengah rantai industri, lan nduweni peran positif kanggo ningkatake pangembangan laser tengah-tengah. Ing bidang laser tengah-tengah, Amerika Serikat, Jerman, lan perusahaan luar negeri liyane ndominasi, nanging sawise perkembangan industri laser domestik sing cepet ing taun-taun pungkasan, pasar tengah-tengah rantai industri wis entuk substitusi domestik sing cepet.
③Rantai industri hilir
Industri hilir nduweni peran sing luwih gedhe kanggo ningkatake pangembangan industri, mula pangembangan industri hilir bakal langsung mengaruhi ruang pasar industri kasebut. Pertumbuhan ekonomi Tiongkok sing terus-terusan lan munculé kesempatan strategis kanggo transformasi ekonomi wis nggawe kahanan pangembangan sing luwih apik kanggo pangembangan industri iki. Tiongkok lagi pindhah saka negara manufaktur dadi negara manufaktur sing kuat, lan laser hilir lan peralatan laser minangka salah sawijining kunci kanggo nganyarke industri manufaktur, sing nyedhiyakake lingkungan panjaluk sing apik kanggo perbaikan jangka panjang industri iki. Kebutuhan industri hilir kanggo indeks kinerja chip laser semikonduktor lan pirantine saya tambah, lan perusahaan domestik mboko sithik mlebu pasar laser daya dhuwur saka pasar laser daya rendah, mula industri kasebut kudu terus nambah investasi ing bidang riset lan pangembangan teknologi lan inovasi mandiri.
2. status pangembangan industri laser semikonduktor
Laser semikonduktor nduweni efisiensi konversi energi paling apik ing antarane kabeh jinis laser, ing sisih siji, laser iki bisa digunakake minangka sumber pompa inti laser serat optik, laser solid-state, lan laser pompa optik liyane. Ing sisih liya, kanthi terobosan terus-terusan teknologi laser semikonduktor babagan efisiensi daya, padhange, umur, multi-panjang gelombang, tingkat modulasi, lan liya-liyane, laser semikonduktor digunakake sacara wiyar ing pangolahan material, medis, komunikasi optik, penginderaan optik, pertahanan, lan liya-liyane. Miturut Laser Focus World, total pendapatan global laser dioda, yaiku laser semikonduktor lan laser non-dioda, dikira-kira dadi $18.480 yuta ing taun 2021, kanthi laser semikonduktor nyumbang 43% saka total pendapatan.
Miturut Laser Focus World, pasar laser semikonduktor global bakal dadi $6.724 yuta ing taun 2020, mundhak 14,20% saka taun sadurunge. Kanthi perkembangan intelijen global, panjaluk laser sing saya tambah ing piranti cerdas, elektronik konsumen, energi anyar lan bidang liyane, uga ekspansi peralatan medis, kecantikan lan aplikasi liyane sing terus berkembang, laser semikonduktor bisa digunakake minangka sumber pompa kanggo laser pompa optik, lan ukuran pasar bakal terus njaga pertumbuhan sing stabil. Ukuran pasar laser semikonduktor global 2021 yaiku $7,946 milyar, tingkat pertumbuhan pasar 18,18%.
Liwat upaya gabungan para ahli teknis, perusahaan, lan praktisi, industri laser semikonduktor Tiongkok wis nggayuh pangembangan sing luar biasa, saengga industri laser semikonduktor Tiongkok wis ngalami proses kasebut saka awal, lan wiwitane prototipe industri laser semikonduktor Tiongkok. Ing taun-taun pungkasan, Tiongkok wis nambah pangembangan industri laser, lan macem-macem wilayah wis dikhususake kanggo riset ilmiah, peningkatan teknologi, pangembangan pasar, lan pambangunan taman industri laser ing sangisore pimpinan pemerintah lan kerjasama perusahaan laser.
3. Tren pangembangan industri laser Tiongkok ing mangsa ngarep
Dibandhingake karo negara maju ing Eropa lan Amerika Serikat, teknologi laser China ora telat, nanging ing aplikasi teknologi laser lan teknologi inti kelas atas isih ana kesenjangan sing cukup gedhe, utamane chip laser semikonduktor hulu lan komponen inti liyane isih gumantung marang impor.
Negara-negara maju sing diwakili dening Amerika Serikat, Jerman, lan Jepang wis ngrampungake panggantos teknologi manufaktur tradisional ing sawetara bidang industri gedhe lan mlebu era "manufaktur entheng"; sanajan pangembangan aplikasi laser ing China cepet, nanging tingkat penetrasi aplikasi isih relatif kurang. Minangka teknologi inti saka peningkatan industri, industri laser bakal terus dadi area utama dhukungan nasional, lan terus ngembangake ruang lingkup aplikasi, lan pungkasane promosi industri manufaktur China menyang era "manufaktur entheng". Saka kahanan pembangunan saiki, pangembangan industri laser China nuduhake tren pembangunan ing ngisor iki.
(1) Chip laser semikonduktor lan komponen inti liyané mboko sithik bakal ngrasakaké lokalisasi
Umpamane, laser serat, sumber pompa laser serat daya dhuwur minangka area aplikasi utama laser semikonduktor, chip lan modul laser semikonduktor daya dhuwur minangka komponen penting saka laser serat. Ing taun-taun pungkasan, industri laser serat optik China ana ing tahap pertumbuhan sing cepet, lan tingkat lokalisasi saya tambah saben 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 daya menengah, tingkat penetrasi laser domestik wis dijaga luwih saka 50% ing taun-taun pungkasan; proses lokalisasi laser serat daya tinggi uga saya maju, saka 2013 nganti 2019 kanggo entuk "saka awal". Proses lokalisasi laser serat daya tinggi uga saya maju, saka 2013 nganti 2019, lan wis tekan tingkat penetrasi 55,56%, lan tingkat penetrasi domestik laser serat daya tinggi diarepake dadi 57,58% ing taun 2020.
Nanging, komponen inti kaya ta chip laser semikonduktor daya dhuwur isih gumantung marang impor, lan komponen hulu laser kanthi chip laser semikonduktor minangka intine mboko sithik dilokalisasi, sing ing sisih siji nambah skala pasar komponen hulu laser domestik, lan ing sisih liyane, kanthi lokalisasi komponen inti hulu, bisa nambah kemampuan produsen laser domestik kanggo melu kompetisi internasional.
(2) Aplikasi laser nembus luwih cepet lan luwih amba
Kanthi lokalisasi komponen optoelektronik inti hulu kanthi bertahap lan penurunan biaya aplikasi laser kanthi bertahap, laser bakal nembus luwih jero menyang akeh industri.
Ing sisih siji, kanggo Tiongkok, pangolahan laser uga kalebu sepuluh area aplikasi paling dhuwur ing industri manufaktur Tiongkok, lan diarepake area aplikasi pangolahan laser bakal luwih dikembangake lan skala pasar bakal luwih dikembangake ing mangsa ngarep. Ing sisih liya, kanthi terus-terusan populerisasi lan pangembangan teknologi kayata tanpa supir, sistem nyopir dibantu canggih, robot berorientasi layanan, penginderaan 3D, lan liya-liyane, bakal luwih akeh ditrapake ing pirang-pirang bidang kayata mobil, kecerdasan buatan, elektronik konsumen, pangenalan rai, komunikasi optik lan riset pertahanan nasional. Minangka piranti inti utawa komponen saka aplikasi laser ing ndhuwur, laser semikonduktor uga bakal entuk papan pangembangan sing cepet.
(3) Daya sing luwih dhuwur, kualitas sinar sing luwih apik, dawa gelombang sing luwih cendhek lan pangembangan arah frekuensi sing luwih cepet
Ing babagan laser industri, laser serat wis nggawe kemajuan gedhe babagan daya output, kualitas sinar, lan padhange wiwit dikenalake. Nanging, daya sing luwih dhuwur bisa ningkatake kecepatan proses, ngoptimalake kualitas proses, lan ngembangake bidang proses menyang manufaktur industri abot, ing manufaktur otomotif, manufaktur aerospace, energi, manufaktur mesin, metalurgi, konstruksi transportasi rel, riset ilmiah lan bidang aplikasi liyane ing pemotongan, pengelasan, perawatan permukaan, lan liya-liyane, kabutuhan daya laser serat terus saya tambah. Produsen piranti sing cocog kudu terus ningkatake kinerja piranti inti (kayata chip laser semikonduktor daya dhuwur lan serat gain), peningkatan daya laser serat uga mbutuhake teknologi modulasi laser canggih kayata gabungan sinar lan sintesis daya, sing bakal nggawa syarat lan tantangan anyar kanggo produsen chip laser semikonduktor daya dhuwur. Kajaba iku, dawa gelombang sing luwih cendhek, dawa gelombang sing luwih akeh, pangembangan laser sing luwih cepet (ultrafast) uga minangka arah sing penting, utamane digunakake ing chip sirkuit terpadu, tampilan, elektronik konsumen, aerospace lan mikroproses presisi liyane, uga ilmu urip, medis, penginderaan lan bidang liyane, chip laser semikonduktor uga menehi syarat anyar.
(4) kanggo komponen optoelektronik laser daya dhuwur, panjaluk kanggo tuwuh luwih lanjut
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 sing digunakake ing laser serat daya dhuwur minangka basis lan komponen kunci pangembangan lan produksi, lan pasar laser serat daya dhuwur sing saya tambah uga ndorong panjaluk pasar kanggo komponen inti kayata chip laser semikonduktor daya dhuwur. Ing wektu sing padha, kanthi perbaikan terus-terusan teknologi laser serat domestik, substitusi impor wis dadi tren sing ora bisa dihindari, pangsa pasar laser ing donya bakal terus saya apik, sing uga nggawa kesempatan gedhe kanggo kekuatan lokal produsen komponen optoelektronik.
Wektu kiriman: 07-Mar-2023
