1. Tinjauan industri laser
(1) Bubuka Laser
Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, disingget LASER) nyaéta sinar cahaya kolimat, monokromatik, koheren, arah anu dihasilkeun ku amplifikasi radiasi cahaya dina frékuénsi sempit ngaliwatan résonansi eupan balik anu tereksitasi sareng radiasi.
Téhnologi laser asalna ti awal taun 1960-an, sareng kusabab sipatna anu béda pisan ti cahaya biasa, laser teu lami deui dianggo sacara lega dina sagala rupa widang sareng mangaruhan pisan kana kamekaran sareng transformasi élmu pangaweruh, téknologi, ékonomi sareng masarakat.
Kalahiran laser parantos ngarobih sacara dramatis rupa optik kuno, ngalegaan fisika optik klasik kana disiplin téknologi tinggi énggal anu ngawengku optik klasik sareng fotonik modéren, ngajantenkeun kontribusi anu teu tiasa digentoskeun pikeun kamekaran ékonomi sareng masarakat manusa. Panalungtikan fisika laser parantos nyumbang kana kamekaran dua cabang utama fisika fotonik modéren: fotonik énergi sareng fotonik inpormasi. Éta ngawengku optik nonlinier, optik kuantum, komputasi kuantum, panginderaan sareng komunikasi laser, fisika plasma laser, kimia laser, biologi laser, ubar laser, spéktroskopi sareng metrologi laser ultra-presisi, fisika atom laser kalebet pendinginan laser sareng panalungtikan materi kondensasi Bose-Einstein, bahan fungsional laser, manufaktur laser, fabrikasi chip mikro-optoelektronik laser, percetakan 3D laser sareng langkung ti 20 disiplin wates internasional sareng aplikasi téknologi. Departemen Élmu sareng Téknologi Laser (DSL) parantos diadegkeun di daérah-daérah ieu.
Dina industri manufaktur laser, dunya parantos lebet kana jaman "manufaktur ringan", numutkeun statistik industri laser internasional, 50% tina PDB taunan Amérika Serikat1 aya hubunganana sareng ékspansi pasar anu gancang pikeun aplikasi laser tingkat luhur. Sababaraha nagara maju, anu diwakilan ku Amérika Serikat, Jerman sareng Jepang, sacara dasarna parantos ngalengkepan panggantian prosés tradisional ku pamrosésan laser dina industri manufaktur utama sapertos otomotif sareng penerbangan. Laser dina manufaktur industri parantos nunjukkeun poténsi anu ageung pikeun aplikasi manufaktur anu murah, kualitas luhur, efisiensi tinggi sareng khusus anu henteu tiasa kahontal ku manufaktur konvensional, sareng parantos janten pendorong persaingan sareng inovasi anu penting di antara nagara-nagara industri utama di dunya. Nagara-nagara sacara aktif ngadukung téknologi laser salaku salah sahiji téknologi canggih anu paling penting sareng parantos ngembangkeun rencana pamekaran industri laser nasional.
(2)LaserSumber Pprinsip
Laser nyaéta alat anu ngagunakeun radiasi anu dieksitasi pikeun ngahasilkeun cahaya anu katingali atanapi henteu katingali, kalayan struktur anu rumit sareng halangan téknis anu luhur. Sistem optik utamina diwangun ku sumber pompa (sumber eksitasi), média gain (zat kerja) sareng rongga resonansi sareng bahan alat optik sanésna. Médium gain nyaéta sumber generasi foton, sareng ku cara nyerep énergi anu dihasilkeun ku sumber pompa, média gain luncat tina kaayaan dasar ka kaayaan anu dieksitasi. Kusabab kaayaan anu dieksitasi henteu stabil, dina waktos ieu, média gain bakal ngaleupaskeun énergi pikeun uih deui ka kaayaan ajeg tina kaayaan dasar. Dina prosés pelepasan énergi ieu, média gain ngahasilkeun foton, sareng foton ieu gaduh tingkat konsistensi anu luhur dina énergi, panjang gelombang sareng arah, aranjeunna terus-terusan dipantulkeun dina rongga resonansi optik, gerakan timbal balik, supados terus-terusan ngagedekeun, sareng pamustunganana némbak laser ngalangkungan reflektor pikeun ngabentuk sinar laser. Salaku sistem optik inti tina alat terminal, kinerja laser sering langsung nangtukeun kualitas sareng kakuatan sinar kaluaran tina alat laser, mangrupikeun komponén inti tina alat laser terminal.
Sumber pompa (sumber eksitasi) nyadiakeun énergi eksitasi ka média gain. Médium gain dieksitasi pikeun ngahasilkeun foton pikeun ngahasilkeun sareng ngagedékeun laser. Rongga résonansi nyaéta tempat dimana karakteristik foton (frékuénsi, fase sareng arah operasi) diatur pikeun kéngingkeun sumber cahaya kaluaran anu kualitasna luhur ku cara ngontrol osilasi foton dina rongga. Sumber pompa (sumber eksitasi) nyadiakeun énergi eksitasi pikeun média gain. Médium gain dieksitasi pikeun ngahasilkeun foton pikeun ngahasilkeun sareng ngagedékeun laser. Rongga résonansi nyaéta tempat dimana karakteristik foton (frékuénsi, fase sareng arah operasi) disaluyukeun pikeun kéngingkeun sumber cahaya kaluaran anu kualitasna luhur ku cara ngontrol osilasi foton dina rongga.
(3)Klasifikasi Sumber Laser
Sumber laser tiasa diklasifikasikeun dumasar kana média gain, panjang gelombang kaluaran, mode operasi, sareng mode pompa, sapertos kieu
① Klasifikasi dumasar kana média gain
Numutkeun média gain anu béda-béda, laser tiasa dibagi kana kaayaan padet (kalebet padet, semikonduktor, serat, hibrida), laser cair, laser gas, jsb.
| LaserSumberTipe | Media Gain | Fitur Utama |
| Sumber Laser Kaayaan Padet | Padatan, Semikonduktor, Serat Optik, Hibrida | Stabilitas anu saé, kakuatan anu luhur, biaya perawatan anu handap, cocog pikeun industrialisasi |
| Sumber Laser Cair | Cairan kimia | Rentang panjang gelombang opsional pencét, tapi ukuranana ageung sareng biaya perawatan anu luhur |
| Sumber Laser Gas | Gas | Sumber cahaya laser kualitas luhur, tapi ukuranana langkung ageung sareng biaya perawatan anu langkung luhur |
| Sumber Laser Éléktron Bébas | Sinar éléktron dina médan magnét anu spésifik | Kakuatan ultra-luhur sareng kaluaran laser kualitas luhur tiasa kahontal, tapi téknologi manufaktur sareng biaya produksi luhur pisan. |
Kusabab stabilitas anu saé, kakuatan anu luhur, sareng biaya perawatan anu handap, aplikasi laser solid-state nyandak kauntungan mutlak.
Di antara laser solid-state, laser semikonduktor mibanda kaunggulan efisiensi anu luhur, ukuranana alit, umur panjang, konsumsi énergi anu handap, jsb. Di hiji sisi, éta tiasa langsung diterapkeun salaku sumber cahaya inti sareng pangrojong pikeun aplikasi pamrosésan laser, médis, komunikasi, sensing, tampilan, pangawasan sareng pertahanan, sareng parantos janten dasar anu penting pikeun pamekaran téknologi laser modéren kalayan pentingna pamekaran strategis.
Di sisi séjén, laser semikonduktor ogé tiasa dianggo salaku sumber cahaya pompa inti pikeun laser sanés sapertos laser solid-state sareng laser serat, anu sacara ageung ngamajukeun kamajuan téknologi di sakumna widang laser. Sadaya nagara maju utama di dunya parantos ngalebetkeun kana rencana pangwangunan nasionalna, masihan dukungan anu kuat sareng kéngingkeun pangwangunan anu gancang.
② Numutkeun metode pompa
Laser bisa dibagi jadi laser anu dipompa sacara listrik, dipompa sacara optik, dipompa sacara kimiawi, jsb. numutkeun metode pompana.
Laser anu dipompa sacara listrik nujul kana laser anu dieksitasi ku arus, laser gas biasana dieksitasi ku debit gas, sedengkeun laser semikonduktor biasana dieksitasi ku injeksi arus.
Ampir sadaya laser solid state sareng laser cair mangrupikeun laser pompa optik, sareng laser semikonduktor dianggo salaku sumber pompa inti pikeun laser pompa optik.
Laser anu dipompa sacara kimiawi nujul kana laser anu ngagunakeun énergi anu dileupaskeun tina réaksi kimia pikeun ngarangsang bahan anu tiasa dianggo.
③Klasifikasi dumasar kana mode operasi
Laser bisa dibagi jadi laser kontinyu jeung laser pulsa dumasar kana mode operasina.
Laser kontinyu mibanda distribusi jumlah partikel anu stabil dina unggal tingkat énergi sareng médan radiasi dina rongga, sareng operasina dicirikeun ku éksitasi bahan anu dianggo sareng kaluaran laser anu saluyu sacara kontinyu salami waktos anu lami. Laser kontinyu tiasa ngaluarkeun cahaya laser sacara kontinyu salami waktos anu langkung lami, tapi pangaruh termalna langkung atra.
Laser pulsa nujul kana durasi waktos nalika kakuatan laser dijaga dina nilai anu tangtu, sareng ngaluarkeun cahaya laser sacara teu kontinyu, kalayan ciri utama pangaruh termal anu alit sareng kontrol anu saé.
④ Klasifikasi dumasar panjang gelombang kaluaran
Laser bisa digolongkeun dumasar panjang gelombangna jadi laser infrabeureum, laser nu katingali, laser ultraviolét, laser ultraviolét jero, jeung sajabana. Rentang panjang gelombang cahaya nu bisa diserep ku bahan nu béda-béda téh béda-béda, jadi laser nu panjang gelombangna béda-béda diperlukeun pikeun ngolah bahan nu béda-béda sacara saksama atawa pikeun skénario aplikasi nu béda-béda.Laser infrabeureum sareng laser UV mangrupikeun dua laser anu paling seueur dianggo. Laser infrabeureum utamina dianggo dina "pamrosésan termal", dimana bahan dina permukaan bahan dipanaskeun sareng diuapkeun (diuapkeun) pikeun miceun bahan; dina pamrosésan bahan non-logam pilem ipis, motong wafer semikonduktor, motong kaca organik, pangeboran, panyirian sareng widang sanésna, énergi anu luhur. Dina widang pamrosésan bahan non-logam pilem ipis, motong wafer semikonduktor, motong kaca organik, pangeboran, panyirian, jsb., foton UV énergi anu luhur langsung megatkeun beungkeut molekul dina permukaan bahan non-logam, supados molekul tiasa dipisahkeun tina objék, sareng metode ieu henteu ngahasilkeun réaksi panas anu luhur, janten biasana disebut "pamrosésan tiis".
Kusabab énergi foton UV anu luhur, hésé pikeun ngahasilkeun laser UV kontinyu kakuatan tinggi anu tangtu ku sumber éksitasi éksternal, janten laser UV umumna dihasilkeun ku aplikasi metode konvérsi frékuénsi pangaruh nonlinier bahan kristal, janten widang industri laser UV anu seueur dianggo ayeuna utamina laser UV solid-state.
(4) Ranté industri
Hulu ranté industri nyaéta panggunaan bahan baku semikonduktor, alat-alat canggih sareng asesoris produksi anu aya hubunganana pikeun ngadamel inti laser sareng alat optoelektronik, anu mangrupikeun landasan industri laser sareng gaduh ambang aksés anu luhur. Tengah ranté industri nyaéta panggunaan chip laser hulu sareng alat optoelektronik, modul, komponén optik, jsb. salaku sumber pompa pikeun ngadamel sareng ngajual rupa-rupa laser, kalebet laser semikonduktor langsung, laser karbon dioksida, laser solid-state, laser serat, jsb.; industri hilir utamina nujul kana daérah aplikasi rupa-rupa laser, kalebet alat pamrosésan industri, LIDAR, komunikasi optik, kageulisan médis sareng industri aplikasi sanésna.
①Panyadia hulu
Bahan baku pikeun produk hulu sapertos chip laser semikonduktor, alat sareng modul utamina mangrupikeun rupa-rupa bahan chip, bahan serat sareng bagian mesin, kalebet substrat, heat sink, bahan kimia sareng set perumahan. Pamrosésan chip meryogikeun kualitas sareng kinerja bahan baku hulu anu luhur, utamina ti supplier asing, tapi tingkat lokalisasi laun-laun ningkat, sareng laun-laun ngahontal kontrol mandiri. Kinerja bahan baku hulu utama gaduh dampak langsung kana kualitas chip laser semikonduktor, kalayan perbaikan kontinyu kinerja rupa-rupa bahan chip, pikeun ningkatkeun kinerja produk industri maénkeun peran positif dina promosi.
②Ranté industri Midstream
Chip laser semikonduktor nyaéta sumber cahaya pompa inti pikeun rupa-rupa jinis laser di tengah ranté industri, sareng maénkeun peran positif dina ngamajukeun pamekaran laser tengah. Dina widang laser tengah, Amérika Serikat, Jerman sareng perusahaan luar negeri sanésna ngadominasi, tapi saatos pamekaran industri laser domestik anu gancang dina sababaraha taun ka pengker, pasar tengah ranté industri parantos ngahontal substitusi domestik anu gancang.
③Ranté industri di hilir
Industri hilir miboga peran anu leuwih gedé dina ngamajukeun kamekaran industri, sahingga kamekaran industri hilir bakal langsung mangaruhan rohangan pasar industri. Tumuwuhna ékonomi Cina anu terus-terusan sareng munculna kasempetan strategis pikeun transformasi ékonomi parantos nyiptakeun kaayaan pangwangunan anu langkung saé pikeun kamekaran industri ieu. Cina nuju ngalih ti nagara manufaktur ka nagara manufaktur anu kuat, sareng laser hilir sareng peralatan laser mangrupikeun salah sahiji konci pikeun ningkatkeun industri manufaktur, anu nyayogikeun lingkungan paménta anu saé pikeun perbaikan jangka panjang industri ieu. Sarat industri hilir pikeun indéks kinerja chip laser semikonduktor sareng alat-alatna ningkat, sareng perusahaan domestik laun-laun lebet kana pasar laser kakuatan tinggi ti pasar laser kakuatan rendah, janten industri kedah teras-terasan ningkatkeun investasi dina widang panalungtikan sareng pamekaran téknologi sareng inovasi mandiri.
2. status kamekaran industri laser semikonduktor
Laser semikonduktor mibanda efisiensi konvérsi énergi anu pangsaéna di antara sadaya jinis laser, di hiji sisi, éta tiasa dianggo salaku sumber pompa inti laser serat optik, laser solid-state sareng laser pompa optik sanésna. Di sisi anu sanés, kalayan kamajuan téknologi laser semikonduktor anu terus-terusan dina hal efisiensi daya, kacaangan, umur hirup, multi-panjang gelombang, laju modulasi, jsb., laser semikonduktor seueur dianggo dina pamrosésan bahan, médis, komunikasi optik, panginderaan optik, pertahanan, jsb. Numutkeun Laser Focus World, total pendapatan global laser dioda, nyaéta laser semikonduktor sareng laser non-dioda, diperkirakeun $18.480 juta dina taun 2021, kalayan laser semikonduktor nyumbang 43% tina total pendapatan.
Numutkeun Laser Focus World, pasar laser semikonduktor global bakal $6.724 juta dina taun 2020, naék 14,20% ti taun saméméhna. Kalayan kamekaran intelijen global, paménta laser anu ningkat dina alat pinter, éléktronik konsumen, énergi énggal sareng widang sanésna, ogé ékspansi anu terus-terusan pikeun alat médis, kageulisan sareng aplikasi anu muncul sanésna, laser semikonduktor tiasa dianggo salaku sumber pompa pikeun laser pompa optik, sareng ukuran pasarna bakal teras ngajaga kamekaran anu stabil. Ukuran pasar laser semikonduktor global 2021 $7,946 milyar, tingkat kamekaran pasar 18,18%.
Ngaliwatan usaha gabungan para ahli téknis sareng perusahaan sareng praktisi, industri laser semikonduktor Cina parantos ngahontal kamekaran anu luar biasa, sahingga industri laser semikonduktor Cina parantos ngalaman prosés ti mimiti, sareng awal prototipe industri laser semikonduktor Cina. Dina sababaraha taun ka pengker, Cina parantos ningkatkeun kamekaran industri laser, sareng rupa-rupa daérah parantos dikhususkeun pikeun panalungtikan ilmiah, paningkatan téknologi, pamekaran pasar sareng pangwangunan taman industri laser dina kapamingpinan pamaréntah sareng kerjasama perusahaan laser.
3. Tren kamekaran industri laser Cina di mangsa nu bakal datang
Dibandingkeun sareng nagara-nagara maju di Éropa sareng Amérika Serikat, téknologi laser Cina henteu telat, tapi dina aplikasi téknologi laser sareng téknologi inti kelas luhur masih aya lolongkrang anu lumayan, khususna chip laser semikonduktor hulu sareng komponén inti sanésna masih gumantung kana impor.
Nagara-nagara maju anu diwakilan ku Amérika Serikat, Jerman sareng Jepang sacara dasarna parantos ngalengkepan panggantian téknologi manufaktur tradisional di sababaraha widang industri ageung sareng lebet kana jaman "manufaktur ringan"; sanaos pamekaran aplikasi laser di Cina gancang, tapi tingkat penetrasi aplikasi masih relatif rendah. Salaku téknologi inti pikeun ningkatkeun industri, industri laser bakal teras janten daérah konci dukungan nasional, sareng teras ngalegaan ruang lingkup aplikasi, sareng pamustunganana ngamajukeun industri manufaktur Cina ka jaman "manufaktur ringan". Tina kaayaan pamekaran ayeuna, pamekaran industri laser Cina nunjukkeun tren pamekaran ieu.
(1) Chip laser semikonduktor sareng komponén inti sanésna laun-laun ngawujudkeun lokalisasi
Candak conto laser serat, sumber pompa laser serat kakuatan tinggi mangrupikeun area aplikasi utama laser semikonduktor, chip laser semikonduktor kakuatan tinggi sareng modul mangrupikeun komponén penting tina laser serat. Dina sababaraha taun ka pengker, industri laser serat optik Cina aya dina tahap pertumbuhan anu gancang, sareng tingkat lokalisasi ningkat ti taun ka taun.
Dina hal penetrasi pasar, di pasar laser serat daya rendah, pangsa pasar laser domestik ngahontal 99,01% dina taun 2019; di pasar laser serat daya sedeng, laju penetrasi laser domestik parantos dijaga langkung ti 50% dina sababaraha taun terakhir; prosés lokalisasi laser serat daya tinggi ogé laun-laun maju, ti taun 2013 dugi ka 2019 pikeun ngahontal "ti mimiti". Prosés lokalisasi laser serat daya tinggi ogé laun-laun maju, ti taun 2013 dugi ka 2019, sareng parantos ngahontal laju penetrasi 55,56%, sareng laju penetrasi domestik laser serat daya tinggi diperkirakeun janten 57,58% dina taun 2020.
Nanging, komponén inti sapertos chip laser semikonduktor kakuatan tinggi masih gumantung kana impor, sareng komponén hulu laser kalayan chip laser semikonduktor salaku inti laun-laun dilokalisasi, anu di hiji sisi ningkatkeun skala pasar komponén hulu laser domestik, sareng di sisi anu sanés, kalayan lokalisasi komponén inti hulu, éta tiasa ningkatkeun kamampuan produsén laser domestik pikeun ilubiung dina persaingan internasional.
(2) Aplikasi laser nembus langkung gancang sareng langkung lega
Kalayan lokalisasi komponén optoéléktronik inti hulu sacara bertahap sareng panurunan biaya aplikasi laser sacara bertahap, laser bakal nembus langkung jero kana seueur industri.
Di hiji sisi, pikeun Cina, pamrosésan laser ogé cocog sareng sapuluh widang aplikasi luhur industri manufaktur Cina, sareng diperkirakeun yén widang aplikasi pamrosésan laser bakal langkung dimekarkeun sareng skala pasar bakal langkung dimekarkeun di hareup. Di sisi anu sanés, kalayan popularitas sareng pamekaran téknologi sapertos tanpa supir, sistem nyetir anu dibantuan canggih, robot anu berorientasi layanan, panginderaan 3D, jsb., éta bakal langkung diterapkeun dina seueur widang sapertos mobil, kecerdasan buatan, éléktronik konsumen, pangakuan raray, komunikasi optik sareng panalungtikan pertahanan nasional. Salaku alat inti atanapi komponén tina aplikasi laser di luhur, laser semikonduktor ogé bakal kéngingkeun rohangan pamekaran anu gancang.
(3) Kakuatan anu langkung luhur, kualitas sinar anu langkung saé, panjang gelombang anu langkung pondok sareng pamekaran arah frékuénsi anu langkung gancang
Dina widang laser industri, laser serat parantos ngadamel kamajuan anu ageung dina hal daya kaluaran, kualitas sinar sareng kacaangan saprak diwanohkeun. Nanging, daya anu langkung luhur tiasa ningkatkeun kecepatan pamrosésan, ngaoptimalkeun kualitas pamrosésan, sareng ngalegaan widang pamrosésan ka manufaktur industri beurat, dina manufaktur otomotif, manufaktur aerospace, énergi, manufaktur mesin, metalurgi, konstruksi transportasi karéta api, panalungtikan ilmiah sareng widang aplikasi sanés dina motong, ngelas, perawatan permukaan, jsb., kabutuhan daya laser serat terus ningkat. Pabrikan alat anu saluyu kedah teras-terasan ningkatkeun kinerja alat inti (sapertos chip laser semikonduktor daya tinggi sareng serat gain), paningkatan daya laser serat ogé meryogikeun téknologi modulasi laser canggih sapertos ngagabungkeun sinar sareng sintésis daya, anu bakal mawa sarat sareng tantangan énggal pikeun produsén chip laser semikonduktor daya tinggi. Salaku tambahan, panjang gelombang anu langkung pondok, panjang gelombang anu langkung seueur, pamekaran laser anu langkung gancang (ultrafast) ogé mangrupikeun arah anu penting, utamina dianggo dina chip sirkuit terpadu, tampilan, éléktronik konsumen, aerospace sareng mikroprosesor presisi sanésna, ogé élmu kahirupan, médis, sensing sareng widang sanésna, chip laser semikonduktor ogé ngajukeun sarat énggal.
(4) pikeun komponén optoelektronik laser kakuatan luhur paménta pikeun kamekaran salajengna
Kamekaran sareng industrialisasi laser serat kakuatan tinggi mangrupikeun hasil tina kamajuan sinergis ranté industri, anu meryogikeun dukungan komponén optoelektronik inti sapertos sumber pompa, isolator, konsentrator sinar, jsb. Komponén optoelektronik anu dianggo dina laser serat kakuatan tinggi mangrupikeun dasar sareng komponén konci tina pamekaran sareng produksina, sareng pasar laser serat kakuatan tinggi anu ngembang ogé ngadorong paménta pasar pikeun komponén inti sapertos chip laser semikonduktor kakuatan tinggi. Dina waktos anu sami, kalayan pamutahiran anu terus-terusan tina téknologi laser serat domestik, substitusi impor parantos janten tren anu teu tiasa dihindari, pangsa pasar laser di dunya bakal terus ningkat, anu ogé mawa kasempetan anu ageung pikeun kakuatan lokal produsén komponén optoelektronik.
Waktos posting: Mar-07-2023
