1. Tinjauan industri laser
(1) Laser bubuka
Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, disingget jadi LASER) nyaéta collimated, monochromatic, koheren, pancaran arah cahaya dihasilkeun ku amplifikasi radiasi cahaya dina frékuénsi sempit ngaliwatan résonansi eupan balik bungah tur radiasi.
Téknologi laser asalna dina awal taun 1960-an, sareng kusabab sifatna anu béda-béda ti lampu biasa, laser geura-giru loba dipaké dina sagala rupa widang sareng mangaruhan pisan kana pamekaran sareng transformasi élmu, téknologi, ékonomi sareng masarakat.
Lahirna laser geus nyirorot robah nyanghareupan élmu optik kuna, ngembangna fisika optik klasik kana disiplin tinggi-tech anyar nu ngawengku duanana élmu optik klasik sarta photonics modern, nyieun kontribusi irreplaceable kana ngembangkeun ékonomi manusa jeung masarakat. Panalungtikan fisika laser geus nyumbang kana mekarna dua cabang utama fisika fotonik modern: photonics énergi jeung photonics informasi. Éta nyertakeun optik nonlinier, optik kuantum, komputasi kuantum, sensing laser sareng komunikasi, fisika plasma laser, kimia laser, biologi laser, ubar laser, spéktroskopi laser ultra-tepat sareng metrologi, fisika atom laser kalebet cooling laser sareng panalungtikan zat kental Bose-Einstein. , bahan fungsional laser, manufaktur laser, fabrikasi chip mikro-optéléktronik laser, percetakan 3D laser sarta leuwih ti 20 disiplin demarkasi internasional jeung aplikasi téhnologis. Jurusan Élmu sareng Téknologi Laser (DSL) parantos diadegkeun di daérah ieu.
Dina industri manufaktur laser, dunya geus diasupkeun kana jaman "manufaktur lampu", nurutkeun statistik industri laser internasional, 50% tina GDP taunan Amérika Serikat1 patali jeung perluasan pasar gancang tina aplikasi laser tingkat tinggi. Sababaraha nagara maju, diwakilan ku Amérika Serikat, Jérman sareng Jepang, dasarna parantos ngagentos prosés tradisional kalayan ngolah laser dina industri manufaktur utama sapertos otomotif sareng penerbangan. Laser dina manufaktur industri geus ditémbongkeun poténsi gede pikeun béaya rendah, kualitas luhur, efisiensi tinggi jeung aplikasi manufaktur husus nu teu bisa dihontal ku manufaktur konvensional, sarta geus jadi supir penting kompetisi jeung inovasi diantara nagara industri utama di dunya. Nagara-nagara aktip ngadukung téknologi laser salaku salah sahiji téknologi canggih anu paling penting sareng parantos ngembangkeun rencana pangembangan industri laser nasional.
(2)LaserSumber Princip
Laser mangrupikeun alat anu ngagunakeun radiasi gumbira pikeun ngahasilkeun cahaya anu katingali atanapi teu katingali, kalayan struktur kompleks sareng halangan téknis anu luhur. Sistem optik utamana diwangun ku sumber pompa (sumber éksitasi), gain sedeng (bahan kerja) jeung rongga resonant jeung bahan alat optik lianna. Médium gain nyaéta sumber generasi foton, sarta ku nyerep énergi dihasilkeun ku sumber pompa, gain sedeng jumps ti kaayaan taneuh ka kaayaan bungah. Kusabab kaayaan gumbira teu stabil, dina waktos ieu, medium gain bakal ngaleupaskeun énergi pikeun balik deui ka kaayaan ajeg tina kaayaan taneuh. Dina prosés pelepasan énérgi ieu, medium gain ngahasilkeun foton, sarta foton ieu boga tingkat luhur konsistensi dina énergi, panjang gelombang jeung arah, aranjeunna terus reflected dina rongga résonansi optik, gerakan bulak balik, ku kituna pikeun terus ngagedékeun, sarta tungtungna. némbak kaluar laser ngaliwatan pemantul pikeun ngabentuk sinar laser. Salaku sistem optik inti alat terminal, kinerja laser mindeng langsung nangtukeun kualitas sarta kakuatan beam kaluaran alat laser, mangrupakeun komponén inti tina alat laser terminal.
Sumber pompa (sumber éksitasi) nyadiakeun éksitasi énergi pikeun medium gain. Médium gain bungah pikeun ngahasilkeun foton pikeun ngahasilkeun sareng ngagedékeun laser. Rongga résonansi nyaéta tempat dimana karakteristik foton (frékuénsi, fase sareng arah operasi) diatur pikeun meunangkeun sumber cahaya kaluaran kualitas luhur ku cara ngadalikeun osilasi foton dina rohangan. Sumber pompa (sumber éksitasi) nyadiakeun éksitasi énergi pikeun sedeng gain. Médium gain bungah pikeun ngahasilkeun foton pikeun ngahasilkeun sareng ngagedékeun laser. Rongga résonansi nyaéta tempat dimana ciri foton (frékuénsi, fase sareng arah operasi) disaluyukeun pikeun meunangkeun sumber cahaya kaluaran kualitas luhur ku cara ngadalikeun osilasi foton dina rohangan.
(3)Klasifikasi Sumber Laser
Sumber laser bisa digolongkeun nurutkeun gain sedeng, panjang gelombang kaluaran, mode operasi, sarta mode ngompa, saperti kieu
① Klasifikasi ku sedeng gain
Numutkeun kana média gain anu béda, laser tiasa dibagi kana kaayaan padet (kalebet padet, semikonduktor, serat, hibrida), laser cair, laser gas, jsb.
| LaserSumberTipe | Meunang Media | Fitur Utama |
| Padet Propinsi Laser Sumber | Padet, Semikonduktor, Serat Optik, Hibrid | stabilitas nice, kakuatan tinggi, ongkos pangropéa low, cocog pikeun industrialisasi |
| Sumber laser cair | Cairan kimiawi | Pilihan rentang panjang gelombang pencét, tapi ukuran badag jeung ongkos pangropéa tinggi |
| Sumber Laser Gas | Gas-gas | Sumber cahaya laser kualitas luhur, tapi ukuranana langkung ageung sareng biaya perawatan anu langkung luhur |
| Bébas Éléktron Laser Sumber | Beam éléktron dina médan magnét husus | Kakuatan ultra-luhur sareng kaluaran laser kualitas luhur tiasa dihontal, tapi téknologi manufaktur sareng biaya produksina luhur pisan |
Kusabab stabilitas anu saé, kakuatan tinggi sareng biaya pangropéa anu murah, aplikasi laser solid-state nyandak kauntungan mutlak.
Diantara laser solid-state, laser semikonduktor boga kaunggulan efisiensi tinggi, ukuranana leutik, umur panjang, konsumsi énérgi low, jsb Di hiji sisi, aranjeunna bisa langsung dilarapkeun salaku sumber lampu inti jeung rojongan pikeun ngolah laser, médis, komunikasi, sensing, tampilan, monitoring sarta aplikasi pertahanan, sarta geus jadi dadasar penting pikeun ngembangkeun téhnologi laser modern kalawan significance ngembangkeun strategis.
Di sisi anu sanésna, laser semikonduktor ogé tiasa dianggo salaku sumber cahaya anu ngompa inti pikeun laser anu sanés sapertos laser solid-state sareng laser serat, ngamajukeun kamajuan téknologi sadaya widang laser. Sadaya nagara maju utama di dunya parantos ngalebetkeun kana rencana pangwangunan nasionalna, masihan dukungan anu kuat sareng kéngingkeun pangwangunan anu gancang.
② Nurutkeun kana métode ngompa
Lasers bisa dibagi kana listrik ngompa, optik ngompa, kimia ngompa lasers, jsb nurutkeun kana métode ngompa.
Lasers ngompa listrik nujul kana lasers bungah ku ayeuna, lasers gas lolobana gumbira ku ngurangan gas, bari lasers semikonduktor lolobana bungah ku suntik ayeuna.
Ampir kabéh laser solid state jeung laser cair nyaéta laser pompa optik, jeung laser semikonduktor dipaké salaku sumber ngompa inti pikeun laser pompa optik.
Laser anu dipompa sacara kimiawi nujul kana laser anu ngagunakeun énergi anu dileupaskeun tina réaksi kimia pikeun ngagumbirakeun bahan kerja.
③Klasifikasi ku modeu operasi
Lasers bisa dibagi kana lasers kontinyu jeung lasers pulsed nurutkeun mode maranéhanana operasi.
Laser kontinyu gaduh distribusi stabil tina jumlah partikel dina unggal tingkat énergi sareng médan radiasi dina rohangan, sareng operasina dicirikeun ku éksitasi bahan kerja sareng kaluaran laser anu saluyu sacara kontinyu dina waktos anu lami. . Laser kontinyu tiasa kaluaran lampu laser terus-terusan pikeun waktos anu langkung lami, tapi pangaruh termal langkung atra.
Pulsed lasers nujul kana durasi waktu nalika kakuatan laser dijaga dina nilai nu tangtu, sarta kaluaran lampu laser di luhur discontinuous, kalawan ciri utama pangaruh termal leutik tur controllability alus.
④ Klasifikasi ku panjang gelombang kaluaran
Lasers bisa digolongkeun nurutkeun panjang gelombang salaku lasers infra red, lasers katempo, lasers ultraviolét, lasers ultraviolét jero, jeung saterusna. Kisaran panjang gelombang cahaya nu bisa diserep ku bahan terstruktur béda béda, jadi lasers tina panjang gelombang béda diperlukeun pikeun ngolah rupa bahan béda atawa pikeun skenario aplikasi béda.Laser Infrabeureum sareng laser UV mangrupikeun dua laser anu paling seueur dianggo. lasers Infrabeureum utamana dipaké dina "prosés termal", dimana bahan dina beungeut bahan dipanaskeun sarta ngejat (nguap) pikeun nyoplokkeun bahan; dina film ipis pamrosésan bahan non-logam, motong wafer semikonduktor, motong kaca organik, pangeboran, nyirian jeung widang séjénna, énergi tinggi Dina widang film ipis processing bahan non-logam, semikonduktor motong wafer, motong kaca organik, pangeboran, nyirian, jsb, foton UV énergi tinggi langsung megatkeun beungkeut molekular dina beungeut bahan non-logam, ku kituna molekul bisa dipisahkeun tina obyék, sarta metoda ieu teu ngahasilkeun réaksi panas tinggi, ku kituna biasana disebut "tiis". ngolah".
Kusabab énergi tinggi foton UV, hese ngahasilkeun kakuatan tinggi tangtu UV laser kontinyu ku sumber éksitasi éksternal, jadi laser UV umumna dihasilkeun ku aplikasi tina bahan kristal nonlinier metoda konversi frékuénsi pangaruh, jadi ayeuna loba dipaké. widang industri tina lasers UV utamana solid-nagara golongan lasers UV.
(4) Ranté industri
Hulu ranté industri nyaéta pamakéan bahan baku semikonduktor, alat-alat high-end jeung asesoris produksi patali ka rancang cores laser jeung alat optoeléktronik, nu mangrupakeun cornerstone industri laser sarta ngabogaan bangbarung aksés tinggi. The midstream tina ranté industri nyaéta pamakéan chip laser hulu jeung alat optoeléktronik, modul, komponén optik, jeung sajabana salaku sumber pompa pikeun pabrik jeung diobral rupa lasers, kaasup laser semikonduktor langsung, laser karbon dioksida, laser solid-state, serat laser, jsb; industri hilir utamana nujul kana wewengkon aplikasi rupa lasers, kaasup parabot processing industri, LIDAR, komunikasi optik, kageulisan médis sarta industri aplikasi sejenna.
①Pemasok hulu
Bahan baku pikeun produk hulu kayaning chip laser semikonduktor, alat jeung modul utamana rupa-rupa bahan chip, bahan serat jeung bagian machined, kaasup substrat, sinks panas, kimia jeung susunan perumahan. Ngolah chip merlukeun kualitas luhur jeung kinerja bahan baku hulu, utamana ti suppliers asing, tapi darajat lokalisasi ieu laun ngaronjatkeun, sarta laun ngahontal kontrol bebas. Kinerja bahan baku hulu utama boga dampak langsung kana kualitas chip laser semikonduktor, jeung perbaikan kontinyu kinerja rupa bahan chip, pikeun ngaronjatkeun kinerja produk industri urang maénkeun peran positif dina promosi.
②Ranté industri Midstream
Chip laser semikonduktor mangrupikeun sumber cahaya pompa inti tina rupa-rupa jinis laser di tengah-tengah ranté industri, sareng maénkeun peran anu positif dina ngamajukeun pamekaran laser midstream. Dina widang lasers midstream, Amérika Serikat, Jérman jeung usaha luar negeri séjén ngadominasi, tapi sanggeus ngembangkeun gancang industri laser domestik dina taun panganyarna, pasar midstream tina ranté industri geus kahontal substitusi domestik gancang.
③ ranté Industri hilir
Industri hilir ngagaduhan peran anu langkung ageung dina ngamajukeun kamekaran industri, ku kituna kamekaran industri hilir bakal mangaruhan langsung kana rohangan pasar industri. Tumuwuh kontinyu ékonomi Cina sareng munculna kasempetan strategis pikeun transformasi ékonomi parantos nyiptakeun kaayaan pangwangunan anu langkung saé pikeun pangwangunan industri ieu. Cina pindah ti nagara manufaktur ka powerhouse manufaktur, sarta lasers hilir sarta parabot laser mangrupakeun salah sahiji konci pikeun ngaronjatkeun industri manufaktur, nu nyadiakeun lingkungan paménta alus pikeun perbaikan jangka panjang industri ieu. Syarat industri hilir pikeun indéks kinerja chip laser semikonduktor sareng alat-alatna ningkat, sareng perusahaan domestik laun-laun asup kana pasar laser kakuatan tinggi ti pasar laser kakuatan rendah, ku kituna industri kedah terus ningkatkeun investasi dina widang panalungtikan téknologi. sarta ngembangkeun sarta inovasi bebas.
2. status ngembangkeun industri laser semikonduktor
Laser semikonduktor boga efisiensi konversi énergi pangalusna diantara sagala jinis lasers, di hiji sisi, aranjeunna bisa dipaké salaku sumber pompa inti laser serat optik, laser solid-nagara golongan sarta laser pompa optik lianna. Di sisi séjén, jeung narabas kontinyu téhnologi semikonduktor laser dina watesan efisiensi kakuatan, kacaangan, hirupna, multi-panjang gelombang, laju modulasi, jsb, lasers semikonduktor anu loba dipaké dina ngolah bahan, médis, komunikasi optik, sensing optik. pertahanan, jsb Numutkeun Laser Pokus Dunya, total pendapatan global lasers dioda, nyaéta, laser semikonduktor jeung laser non-dioda, diperkirakeun $18.480 juta dina 2021, kalawan lasers semikonduktor akuntansi pikeun 43% tina total pendapatan.
Numutkeun kana Laser Focus World, pasar laser semikonduktor global bakal $ 6,724 juta dina 2020, naék 14.20% ti taun saméméhna. Kalayan ngembangkeun kecerdasan global, paménta tumuwuh pikeun laser dina alat pinter, éléktronika konsumén, énergi anyar jeung widang lianna, kitu ogé perluasan terus médis, parabot kageulisan tur aplikasi munculna sejen, laser semikonduktor bisa dipaké salaku sumber pompa. pikeun laser pompa optik, sarta ukuran pasar na bakal neruskeun ngajaga pertumbuhan stabil. Ukuran pasar laser semikonduktor global 2021 $ 7.946 milyar, tingkat kamekaran pasar 18.18%.
Ngaliwatan usaha gabungan para ahli teknis na usaha jeung praktisi, industri laser semikonduktor Cina urang geus kahontal ngembangkeun rongkah, ku kituna industri laser semikonduktor Cina urang geus ngalaman prosés ti scratch, sarta awal prototipe industri laser semikonduktor Cina urang. Dina taun anyar, Cina geus ngaronjat ngembangkeun industri laser, sarta sagala rupa wewengkon geus devoted kana panalungtikan ilmiah, enhancement téhnologi, ngembangkeun pasar jeung pangwangunan taman industri laser di handapeun kapamimpinan pamaréntah jeung gawé babarengan usaha laser.
3. trend ngembangkeun kahareup industri laser Cina urang
Dibandingkeun sareng nagara-nagara maju di Éropa sareng Amérika Serikat, téknologi laser Cina henteu telat, tapi dina aplikasi téknologi laser sareng téknologi inti high-end masih aya gap anu lumayan, khususna chip laser semikonduktor hulu sareng komponén inti sanésna masih kénéh aya. gumantung kana impor.
Nagara-nagara maju anu diwakilan ku Amérika Serikat, Jérman sareng Jepang dasarna parantos réngsé ngagantian téknologi manufaktur tradisional dina sababaraha widang industri ageung sareng asup kana jaman "manufaktur cahaya"; sanajan ngembangkeun aplikasi laser di Cina gancang, tapi laju penetrasi aplikasi masih kawilang low. Salaku téhnologi inti ngaronjatkeun industri, industri laser bakal neruskeun jadi wewengkon konci pangrojong nasional, sarta neruskeun dilegakeun ruang lingkup aplikasi, sarta pamustunganana ngamajukeun industri manufaktur Cina urang ka "manufaktur lampu" jaman. Tina kaayaan pangwangunan ayeuna, pamekaran industri laser Cina nunjukkeun tren pangembangan di handap ieu.
(1) Semikonduktor chip laser sareng komponenana inti lianna laun sadar lokalisasi
Candak serat laser sabagé conto, sumber pompa serat laser kakuatan tinggi nyaéta wewengkon aplikasi utama laser semikonduktor, kakuatan tinggi semikonduktor laser chip sarta modul mangrupa komponén penting serat laser. Dina taun-taun ayeuna, industri laser serat optik Cina aya dina tahap pertumbuhan anu gancang, sareng darajat lokalisasi ningkat unggal taun.
Dina hal penetrasi pasar, di pasar laser serat-daya low, pangsa pasar lasers domestik ngahontal 99.01% dina 2019; di pasar serat laser sedeng-kakuatan, laju penetrasi lasers domestik geus dijaga di leuwih ti 50% dina taun panganyarna; prosés lokalisasi laser serat kakuatan tinggi ogé laun advancing, ti 2013 nepi ka 2019 pikeun ngahontal "ti scratch". Prosés lokalisasi laser serat kakuatan tinggi ogé laun maju, ti 2013 nepi ka 2019, sarta geus ngahontal laju penetrasi 55,56%, sarta laju penetrasi domestik laser serat kakuatan tinggi diperkirakeun jadi 57,58% dina 2020.
Nanging, komponén inti sapertos chip laser semikonduktor kakuatan tinggi masih gumantung kana impor, sareng komponén hulu laser kalayan chip laser semikonduktor salaku inti sacara bertahap dilokalkeun, anu dina hiji sisi ningkatkeun skala pasar komponén hulu. lasers domestik, sarta di sisi séjén, jeung lokalisasi sahiji komponén inti hulu, éta bisa ngaronjatkeun kamampuh pabrik laser domestik pikeun ilubiung dina kompetisi internasional.
(2) Aplikasi laser nembus langkung gancang sareng langkung lega
Kalayan lokalisasi bertahap komponén optéléktronik inti hulu sareng turunna bertahap biaya aplikasi laser, laser bakal nembus langkung jero kana seueur industri.
Di hiji sisi, pikeun Cina, pamrosésan laser ogé cocog kana sapuluh daérah aplikasi industri manufaktur Cina, sareng diperkirakeun yén daérah aplikasi pamrosésan laser bakal dilegaan deui sareng skala pasar bakal dilegakeun ka hareup. Di sisi anu sanés, kalayan popularitas terus-terusan sareng pamekaran téknologi sapertos driverless, sistem nyetir ditulungan canggih, robot berorientasi jasa, sensing 3D, sareng sajabana, éta bakal langkung diterapkeun dina seueur widang sapertos mobil, intelijen buatan, éléktronika konsumen. , pangakuan raray, komunikasi optik jeung panalungtikan pertahanan nasional. Salaku alat inti atawa komponén tina aplikasi laser luhur, laser semikonduktor ogé bakal meunang spasi ngembangkeun gancang.
(3) kakuatan luhur, kualitas beam hadé, panjang gelombang pondok tur ngembangkeun arah frékuénsi gancang
Dina widang laser industri, laser serat geus nyieun kamajuan hébat dina watesan kakuatan kaluaran, kualitas beam jeung kacaangan saprak bubuka maranéhanana. Sanajan kitu, kakuatan nu leuwih luhur bisa ningkatkeun speed processing, ngaoptimalkeun kualitas processing, sarta dilegakeun widang processing keur manufaktur industri beurat, dina manufaktur otomotif, manufaktur aerospace, tanaga, manufaktur mesin, metallurgy, konstruksi angkutan rail, panalungtikan ilmiah sarta widang aplikasi sejenna dina motong. , las, perlakuan permukaan, jeung sajabana, syarat kakuatan serat laser terus ningkat. Pabrikan alat anu saluyu kedah terus-terusan ningkatkeun kinerja alat inti (sapertos chip laser semikonduktor kakuatan tinggi sareng serat gain), paningkatan kakuatan serat laser ogé peryogi téknologi modulasi laser canggih sapertos beam ngagabungkeun sareng sintésis kakuatan, anu bakal nyayogikeun syarat énggal. jeung tantangan ka-kakuatan tinggi pabrik semikonduktor laser chip. Salaku tambahan, panjang gelombang anu langkung pondok, langkung panjang gelombang, pamekaran laser anu langkung gancang (ultrafast) ogé mangrupikeun arah anu penting, utamina dianggo dina chip sirkuit terpadu, tampilan, éléktronika konsumen, aerospace sareng microprocessing precision sanésna, ogé élmu kahirupan, médis, sensing sareng anu sanésna. widang, chip laser semikonduktor ogé nempatkeun maju syarat anyar.
(4) pikeun kakuatan tinggi laser komponén optoelectronic paménta pikeun tumuwuh salajengna
Ngembangkeun sareng industrialisasi laser serat kakuatan tinggi mangrupikeun hasil tina kamajuan sinergis tina ranté industri, anu peryogi dukungan komponén optéléktronik inti sapertos sumber pompa, isolator, konsentrator beam, jsb. serat laser mangrupikeun dasar sareng komponén konci pikeun pamekaran sareng produksina, sareng pasar ngembangna laser serat kakuatan tinggi ogé nyababkeun paménta pasar pikeun komponén inti sapertos chip laser semikonduktor kakuatan tinggi. Dina waktu nu sarua, jeung pamutahiran kontinyu tina téhnologi laser serat domestik, substitusi impor geus jadi trend dilawan, pangsa pasar laser di dunya bakal terus ngaronjatkeun, nu ogé brings kasempetan gede pikeun kakuatan lokal pabrik komponén optelectronic.
waktos pos: Mar-07-2023
