1. Oersjoch fan 'e laseryndustry
(1) Ynlieding ta laser
In laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, ôfkoarte as LASER) is in kollimearre, monochromatyske, koherinte, rjochtingsstriel fan ljocht produsearre troch de fersterking fan ljochtstrieling op in smelle frekwinsje troch opteinde feedbackresonânsje en strieling.
Lasertechnology ûntstie yn 'e iere jierren 1960, en fanwegen syn folslein oare aard as gewoan ljocht, waard laser al gau breed brûkt yn ferskate fjilden en beynfloede de ûntwikkeling en transformaasje fan wittenskip, technology, ekonomy en maatskippij djipgeand.
De berte fan 'e laser hat it gesicht fan âlde optyk dramatysk feroare, en de klassike optyske natuerkunde útwreide ta in nije hightech-dissipline dy't sawol klassike optyk as moderne fotonika omfettet, en in ûnferfangbere bydrage leveret oan 'e ûntwikkeling fan 'e minsklike ekonomy en maatskippij. Laserfysika-ûndersyk hat bydroegen oan 'e bloei fan twa wichtige tûken fan moderne fotonyske natuerkunde: enerzjyfotonika en ynformaasjefotonika. It omfettet net-lineare optyk, kwantumoptyk, kwantumkompjûters, laserdeteksje en kommunikaasje, laserplasmafysika, lasergemy, laserbiology, lasermedisinen, ultra-presys laserspektroskopie en metrology, laseratoomfysika ynklusyf laserkoeling en Bose-Einstein-ûndersyk nei kondinsearre matearje, laserfunksjonele materialen, laserproduksje, lasermikro-opto-elektronyske chipfabrikaasje, laser 3D-printsjen en mear as 20 ynternasjonale grinsdissiplines en technologyske tapassingen. De ôfdieling Laserwittenskip en Technology (DSL) is oprjochte yn 'e folgjende gebieten.
Yn 'e laserproduksje-yndustry is de wrâld it tiidrek fan "ljochtproduksje" yngien. Neffens de ynternasjonale statistiken fan 'e laseryndustry is 50% fan it jierlikse BBP fan 'e Feriene Steaten1 relatearre oan 'e rappe merkútwreiding fan hege-nivo lasertapassingen. Ferskate ûntwikkele lannen, fertsjintwurdige troch de Feriene Steaten, Dútslân en Japan, hawwe yn prinsipe de ferfanging fan tradisjonele prosessen troch laserferwurking foltôge yn wichtige produksje-yndustryen lykas auto's en loftfeart. Laser yn yndustriële produksje hat in grut potinsjeel sjen litten foar lege kosten, hege kwaliteit, hege effisjinsje en spesjale produksjetapassingen dy't net kinne wurde berikt troch konvinsjonele produksje, en is in wichtige driuwfear wurden fan konkurrinsje en ynnovaasje ûnder de wichtichste yndustriële lannen fan 'e wrâld. Lannen stypje aktyf lasertechnology as ien fan har wichtichste foarútstribjende technologyen en hawwe nasjonale ûntwikkelingsplannen foar de laseryndustry ûntwikkele.
(2)LaserBoarne Pprinsipe
De laser is in apparaat dat gebrûk makket fan oanstutsen strieling om sichtber of ûnsichtber ljocht te produsearjen, mei in komplekse struktuer en hege technyske barriêres. It optyske systeem bestiet benammen út in pompboarne (oanstutsingsboarne), in fersterkingsmedium (wurkstof) en in resonânsjeholte en oare materialen fan it optyske apparaat. It fersterkingsmedium is de boarne fan fotongeneraasje, en troch de enerzjy dy't troch de pompboarne generearre wurdt te absorbearjen, springt it fersterkingsmedium fan 'e grûntastân nei de oanstutsen steat. Omdat de oanstutsen steat ynstabyl is, sil it fersterkingsmedium op dit stuit enerzjy frijjaan om werom te gean nei de stabile grûntastân. Yn dit proses fan enerzjyfrijlitting produseart it fersterkingsmedium fotonen, en dizze fotonen hawwe in hege mjitte fan konsistinsje yn enerzjy, golflingte en rjochting, se wurde konstant reflektearre yn 'e optyske resonânsjeholte, bewege wjersidig, sadat se kontinu fersterke wurde, en úteinlik de laser troch de reflektor sjitte om in laserstriel te foarmjen. As it kearnoptyske systeem fan 'e terminalapparatuer bepaalt de prestaasjes fan 'e laser faak direkt de kwaliteit en krêft fan 'e útfierstriel fan 'e laserapparatuer, en is it kearnkomponint fan 'e terminallaserapparatuer.
De pompboarne (eksitaasjeboarne) leveret enerzjy-eksitaasje oan it fersterkingsmedium. It fersterkingsmedium wurdt oanstutsen om fotonen te produsearjen om de laser te generearjen en te fersterkjen. De resonante holte is de plak dêr't de fotonkarakteristiken (frekwinsje, faze en wurkrjochting) regele wurde om in útfierljochtboarne fan hege kwaliteit te krijen troch de fotonoscillaasjes yn 'e holte te kontrolearjen. De pompboarne (eksitaasjeboarne) leveret de enerzjy-eksitaasje foar it fersterkingsmedium. It fersterkingsmedium wurdt oanstutsen om fotonen te produsearjen om de laser te generearjen en te fersterkjen. De resonante holte is de plak dêr't de fotonkarakteristiken (frekwinsje, faze en wurkrjochting) oanpast wurde om in útfierljochtboarne fan hege kwaliteit te krijen troch de fotonoscillaasjes yn 'e holte te kontrolearjen.
(3)Klassifikaasje fan laserboarne
Laserboarne kin wurde yndield neffens fersterkingsmedium, útfiergolflingte, wurkwize en pompmodus, as folget
① Klassifikaasje neffens fersterkingsmedium
Neffens de ferskate fersterkingsmedia kinne lasers wurde ferdield yn fêste tastân (ynklusyf fêste stof, healgeleider, glêstried, hybride), floeibere lasers, gaslasers, ensfh.
| LaserBoarneType | Fertsjinje Media | Haadfunksjes |
| Solid State Laser Boarne | Fêste stoffen, healgeleiders, glêstried, hybride | Moaie stabiliteit, hege krêft, lege ûnderhâldskosten, geskikt foar yndustrialisaasje |
| Floeibere laserboarne | Gemyske floeistoffen | Opsjoneel golflingteberik rekke, mar grutte grutte en hege ûnderhâldskosten |
| Gaslaserboarne | Gassen | Hege kwaliteit laserljochtboarne, mar gruttere grutte en hegere ûnderhâldskosten |
| Frije Elektronen Laserboarne | Elektroanenstriel yn in spesifyk magnetysk fjild | Ultra-hege krêft en hege kwaliteit laserútfier kin berikt wurde, mar produksjetechnology en produksjekosten binne tige heech |
Troch de goede stabiliteit, hege krêft en lege ûnderhâldskosten nimt de tapassing fan fêste-steatlasers absolút foardiel.
Under fêste-steatlasers hawwe healgeleiderlasers de foardielen fan hege effisjinsje, lytse grutte, lange libbensdoer, leech enerzjyferbrûk, ensfh. Oan 'e iene kant kinne se direkt tapast wurde as de kearnljochtboarne en stipe foar laserferwurking, medyske, kommunikaasje, sensoren, werjefte, monitoring en ferdigeningsapplikaasjes, en binne se in wichtige basis wurden foar de ûntwikkeling fan moderne lasertechnology mei strategyske ûntwikkelingsbetekenis.
Oan 'e oare kant kinne healgeleiderlasers ek brûkt wurde as de kearnpompjende ljochtboarne foar oare lasers lykas fêste-steatlasers en glêstriedlasers, wat de technologyske foarútgong fan it heule laserfjild sterk befoarderet. Alle grutte ûntwikkele lannen yn 'e wrâld hawwe it opnommen yn har nasjonale ûntwikkelingsplannen, wat sterke stipe jout en rappe ûntwikkeling krijt.
② Neffens de pompmetoade
Lasers kinne wurde ferdield yn elektrysk pompt, optysk pompt, gemysk pompt lasers, ensfh. neffens de pompmetoade.
Elektrysk pompte lasers ferwize nei lasers dy't oanstutsen wurde troch stroom, gaslasers wurde meast oanstutsen troch gasûntlading, wylst healgeleiderlasers meast oanstutsen wurde troch stroomynjeksje.
Hast alle fêste-steatlasers en floeibere lasers binne optyske pomplasers, en healgeleiderlasers wurde brûkt as de kearnpompboarne foar optyske pomplasers.
Gemysk pompte lasers ferwize nei lasers dy't de enerzjy dy't frijkomt by gemyske reaksjes brûke om it wurkmateriaal oan te wakkerjen.
③Klassifikaasje neffens operaasjemodus
Lasers kinne wurde ferdield yn trochgeande lasers en pulsearre lasers neffens har wurkwize.
Kontinue lasers hawwe in stabile ferdieling fan it oantal dieltsjes op elk enerzjynivo en it strielingsfjild yn 'e holte, en har wurking wurdt karakterisearre troch de oanstjoering fan it wurkmateriaal en de oerienkommende laserútfier op in trochgeande manier oer in lange perioade. Kontinue lasers kinne laserljocht kontinu útfiere foar in langere perioade, mar it termyske effekt is dúdliker.
Pulsearre lasers ferwize nei de tiidsdoer wêryn't de laserkrêft op in bepaalde wearde hâlden wurdt, en laserljocht op in ûnderbrutsen manier útstjoere, mei as wichtichste skaaimerken in lyts termysk effekt en goede kontrolearberens.
④ Klassifikaasje neffens útfiergolflingte
Lasers kinne wurde yndield neffens golflingte as ynfrareadlasers, sichtbere lasers, ultraviolettelasers, djippe ultraviolettelasers, ensafuorthinne. It golflingteberik fan ljocht dat troch ferskate strukturearre materialen opnommen wurde kin is oars, dêrom binne lasers fan ferskate golflingten nedich foar fynferwurking fan ferskate materialen of foar ferskate tapassingsscenario's.Ynfrareadlasers en UV-lasers binne de twa meast brûkte lasers. Ynfrareadlasers wurde benammen brûkt yn "termyske ferwurking", wêrby't it materiaal op it oerflak fan it materiaal ferwaarme en ferdampt (ferdampt) wurdt om it materiaal te ferwiderjen; yn ferwurking fan tinne film net-metalen materialen, snijden fan healgeleiderwafers, snijden fan organysk glês, boarjen, markearjen en oare fjilden, brekke de hege-enerzjy UV-fotonen direkt de molekulêre bannen op it oerflak fan net-metalen materialen, sadat de molekulen fan it objekt skieden wurde kinne, en dizze metoade produseart gjin hege waarmte-reaksje, dus wurdt it meastentiids "kâlde ferwurking" neamd.
Fanwegen de hege enerzjy fan UV-fotonen is it lestich om in bepaalde trochgeande UV-laser mei hege krêft te generearjen mei in eksterne eksitaasjeboarne, sadat de UV-laser oer it algemien generearre wurdt troch de tapassing fan in net-lineaire effektfrekwinsjekonverzjemetoade fan kristalmateriaal, sadat it op it stuit breed brûkte yndustriële fjild fan UV-lasers benammen fêste-steat UV-lasers binne.
(4) Yndustryketen
De upstream fan 'e yndustryketen is it gebrûk fan healgeleidergrûnstoffen, high-end apparatuer en relatearre produksje-accessoires om laserkearnen en opto-elektronyske apparaten te meitsjen, wat de hoekstien is fan 'e laseryndustry en in hege tagongsdrompel hat. De middenstream fan 'e yndustryketen is it gebrûk fan upstream laserchips en opto-elektronyske apparaten, modules, optyske komponinten, ensfh. as pompboarnen foar de fabrikaazje en ferkeap fan ferskate lasers, ynklusyf direkte healgeleiderlasers, koalstofdioksidelasers, fêste-steatlasers, glêstriedlasers, ensfh.; de downstream-yndustry ferwiist benammen nei de tapassingsgebieten fan ferskate lasers, ynklusyf yndustriële ferwurkingsapparatuer, LIDAR, optyske kommunikaasje, medyske skientme en oare tapassingsyndustryen.
①Upstream leveransiers
De grûnstoffen foar upstream produkten lykas healgeleider laserchips, apparaten en modules binne benammen ferskate chipmaterialen, glêstriedmaterialen en masjineare ûnderdielen, ynklusyf substraten, waarmteôffierders, gemikaliën en húsfestingssets. De chipferwurking fereasket hege kwaliteit en prestaasjes fan upstream grûnstoffen, benammen fan bûtenlânske leveransiers, mar de mjitte fan lokalisaasje nimt stadichoan ta, en stadichoan wurdt ûnôfhinklike kontrôle berikt. De prestaasjes fan 'e wichtichste upstream grûnstoffen hawwe in direkte ynfloed op' e kwaliteit fan healgeleider laserchips, en mei de trochgeande ferbettering fan 'e prestaasjes fan ferskate chipmaterialen, spylje de prestaasjes fan' e produkten fan 'e yndustry in positive rol yn it befoarderjen fan ferbetterjen.
②Midstream-yndustryketen
Healgeleider-laserchips binne de kearnpompljochtboarne fan ferskate soarten lasers yn 'e middenstream fan' e yndustryketen, en spylje in positive rol yn it befoarderjen fan 'e ûntwikkeling fan middenstreamlasers. Op it mêd fan middenstreamlasers dominearje de Feriene Steaten, Dútslân en oare bûtenlânske bedriuwen, mar nei de rappe ûntwikkeling fan 'e ynlânske laseryndustry yn' e ôfrûne jierren hat de middenstreammerk fan 'e yndustryketen in rappe ynlânske ferfanging berikt.
③Yndustriële keten streamôfwerts
De downstream-yndustry spilet in gruttere rol yn it befoarderjen fan 'e ûntwikkeling fan' e yndustry, sadat de ûntwikkeling fan 'e downstream-yndustry direkt ynfloed sil hawwe op' e merkromte fan 'e yndustry. De trochgeande groei fan 'e Sineeske ekonomy en it ûntstean fan strategyske kânsen foar ekonomyske transformaasje hawwe bettere ûntwikkelingsomstannichheden makke foar de ûntwikkeling fan dizze yndustry. Sina giet fan in produksjelân nei in produksjekrêft, en downstream-lasers en laserapparatuer binne ien fan 'e kaaien foar it opwurdearjen fan' e produksje-yndustry, wat in goede fraachomjouwing biedt foar de lange-termyn ferbettering fan dizze yndustry. De easken fan 'e downstream-yndustry foar de prestaasje-yndeks fan healgeleider-laserchips en har apparaten nimme ta, en ynlânske bedriuwen komme stadichoan de hege-krêft lasermerk yn fan' e lege-krêft lasermerk, sadat de yndustry de ynvestearring op it mêd fan technologysk ûndersyk en ûntwikkeling en ûnôfhinklike ynnovaasje kontinu moat ferheegje.
2. ûntwikkelingsstatus fan 'e healgeleiderlaseryndustry
Healgeliederlasers hawwe de bêste enerzjykonverzje-effisjinsje ûnder alle soarten lasers, oan 'e iene kant kinne se brûkt wurde as de kearnpompboarne fan optyske glêstriedlasers, fêste-steatlasers en oare optyske pomplasers. Oan 'e oare kant, mei de trochgeande trochbraak fan healgeliederlasertechnology yn termen fan enerzjy-effisjinsje, helderheid, libbensdoer, multi-golflingte, modulaasjesnelheid, ensfh., wurde healgeliederlasers in soad brûkt yn materiaalferwurking, medyske, optyske kommunikaasje, optyske deteksje, definsje, ensfh. Neffens Laser Focus World wurdt de totale wrâldwide ynkomsten fan diodelasers, d.w.s. healgeliederlasers en net-diodelasers, rûsd op $18.480 miljoen yn 2021, wêrby't healgeliederlasers 43% fan 'e totale ynkomsten útmeitsje.
Neffens Laser Focus World sil de wrâldwide merk foar healgeleiderlasers yn 2020 $6.724 miljoen wêze, in stiging fan 14,20% yn ferliking mei it foargeande jier. Mei de ûntwikkeling fan wrâldwide yntelliginsje, de groeiende fraach nei lasers yn tûke apparaten, konsuminte-elektroanika, nije enerzjy en oare fjilden, lykas de trochgeande útwreiding fan medyske, skientme-apparatuer en oare opkommende tapassingen, kinne healgeleiderlasers brûkt wurde as in pompboarne foar optyske pomplasers, en de merkgrutte sil in stabile groei bliuwe behâlden. De wrâldwide merkgrutte foar healgeleiderlasers yn 2021 wie $7,946 miljard, in merkgroei fan 18,18%.
Troch de mienskiplike ynspanningen fan technyske saakkundigen en bedriuwen en professionals hat de Sineeske healgeleiderlaseryndustry in bûtengewoane ûntwikkeling berikt, sadat de Sineeske healgeleiderlaseryndustry it proses fanôf it begjin meimakke hat, en it prototype fan 'e Sineeske healgeleiderlaseryndustry is. Yn 'e ôfrûne jierren hat Sina de ûntwikkeling fan 'e laseryndustry fergrutte, en ferskate regio's hawwe har wijd oan wittenskiplik ûndersyk, technologyferbettering, merkûntwikkeling en de bou fan laseryndustryparken ûnder lieding fan 'e oerheid en de gearwurking fan laserbedriuwen.
3. Takomstige ûntwikkelingstrend fan 'e laseryndustry fan Sina
Yn ferliking mei ûntwikkele lannen yn Jeropa en de Feriene Steaten is de lasertechnology fan Sina net let, mar yn 'e tapassing fan lasertechnology en high-end kearntechnology is d'r noch in flinke gat, benammen de upstream healgeleider-laserchip en oare kearnkomponinten binne noch ôfhinklik fan ymport.
De ûntwikkele lannen fertsjintwurdige troch de Feriene Steaten, Dútslân en Japan hawwe yn prinsipe de ferfanging fan tradisjonele produksjetechnology yn guon grutte yndustriële fjilden foltôge en it tiidrek fan "ljochte produksje" yngien; hoewol de ûntwikkeling fan lasertapassingen yn Sina rap is, is de penetraasjesnelheid fan tapassingen noch relatyf leech. As de kearntechnology fan yndustriële opwurdearring sil de laseryndustry in wichtich gebiet fan nasjonale stipe bliuwe, en it tapassingsgebiet fierder útwreidzje, en úteinlik de produksjeyndustry fan Sina befoarderje nei it tiidrek fan "ljochte produksje". Fanút de hjoeddeistige ûntwikkelingssituaasje lit de ûntwikkeling fan 'e laseryndustry fan Sina de folgjende ûntwikkelingstrends sjen.
(1) Semiconductor laserchip en oare kearnkomponinten realisearje stadichoan lokalisaasje
Nim glêstriedlaser as foarbyld, in hege-krêft glêstriedlaserpompboarne is it wichtichste tapassingsgebiet fan healgeleiderlaser, en in hege-krêft healgeleiderlaserchip en -module binne wichtige ûnderdielen fan glêstriedlaser. Yn 'e lêste jierren is de Sineeske glêstriedlaseryndustry yn in rappe groeifaze, en de mjitte fan lokalisaasje nimt jier nei jier ta.
Wat merkpenetraasje oanbelanget, berikte it merkoandiel fan húshâldlike lasers yn 2019 99,01% yn 'e merk foar glêstriedlasers mei leech fermogen; yn 'e merk foar glêstriedlasers mei middelgrutte fermogen is it penetraasjetaryf fan húshâldlike lasers de lêste jierren op mear as 50% hâlden; it lokalisaasjeproses fan glêstriedlasers mei hege fermogen giet ek stadichoan foarút, fan 2013 oant 2019 om "fanôf it begjin" te berikken. It lokalisaasjeproses fan glêstriedlasers mei hege fermogen giet ek stadichoan foarút, fan 2013 oant 2019, en hat in penetraasjetaryf fan 55,56% berikt, en it húshâldlike penetraasjetaryf fan glêstriedlasers mei hege fermogen wurdt ferwachte 57,58% te wêzen yn 2020.
Kearnkomponinten lykas hege-krêft healgeleider-laserchips binne lykwols noch altyd ôfhinklik fan ymport, en de upstream-komponinten fan lasers mei healgeleider-laserchips as kearn wurde stadichoan lokalisearre, wat oan 'e iene kant de merkskaal fan' e upstream-komponinten fan húshâldlike lasers ferbetteret, en oan 'e oare kant, mei de lokalisaasje fan' e upstream-kearnkomponinten, kin it it fermogen fan húshâldlike laserfabrikanten ferbetterje om mei te dwaan oan ynternasjonale konkurrinsje.
(2) Laserapplikaasjes penetrearje rapper en breder
Mei de stadige lokalisaasje fan upstream kearn opto-elektronyske komponinten en de stadige ôfname fan laserapplikaasjekosten, sille lasers djipper penetrearje yn in protte yndustryen.
Oan 'e iene kant past laserferwurking foar Sina ek yn 'e top tsien tapassingsgebieten fan 'e Sineeske produksje-yndustry, en wurdt ferwachte dat de tapassingsgebieten fan laserferwurking fierder útwreide wurde sille en de merkskaal yn 'e takomst fierder útwreide wurde sil. Oan 'e oare kant, mei de trochgeande popularisaasje en ûntwikkeling fan technologyen lykas bestjoerderleaze, avansearre assistearre rydsystemen, tsjinst-oriïntearre robots, 3D-sensing, ensfh., sil it mear tapast wurde yn in protte fjilden lykas auto's, keunstmjittige yntelliginsje, konsuminte-elektroanika, gesichtsherkenning, optyske kommunikaasje en nasjonaal ferdigeningsûndersyk. As it kearnapparaat of komponint fan 'e boppesteande lasertapassingen sil de healgeleiderlaser ek rappe ûntwikkelingsromte krije.
(3) Hegere krêft, bettere strielkwaliteit, koartere golflingte en fluggere ûntwikkeling fan frekwinsjerjochting
Op it mêd fan yndustriële lasers hawwe glêstriedlasers sûnt har yntroduksje grutte foarútgong boekt op it mêd fan útfierkrêft, strielkwaliteit en helderheid. Heger fermogen kin lykwols de ferwurkingssnelheid ferbetterje, de ferwurkingskwaliteit optimalisearje en it ferwurkingsfjild útwreidzje nei swiere yndustryproduksje. Yn autoproduksje, loftfeartproduksje, enerzjy, masineproduksje, metallurgy, spoarferfierkonstruksje, wittenskiplik ûndersyk en oare tapassingsfjilden yn snijden, lassen, oerflakbehanneling, ensfh., bliuwe de easken foar glêstriedlaserkrêft tanimme. De oerienkommende apparaatfabrikanten moatte de prestaasjes fan kearnapparaten (lykas hege-krêft healgeleiderlaserchip en fersterkingsfaser) kontinu ferbetterje. It ferheegjen fan it fermogen fan glêstriedlasers fereasket ek avansearre lasermodulaasjetechnology lykas strielkombinaasje en krêftsynteze, wat nije easken en útdagings sil bringe foar fabrikanten fan hege-krêft healgeleiderlaserchips. Derneist is koartere golflingten, mear golflingten, rapper (ultrasnelle) laserûntwikkeling ek in wichtige rjochting, benammen brûkt yn yntegreare circuitchips, displays, konsuminte-elektroanika, loftfeart en oare presyzjemikroferwurking, lykas libbenswittenskippen, medyske, sensoren en oare fjilden. De healgeleiderlaserchip stelt ek nije easken.
(4) foar hege-krêft laser opto-elektronyske komponinten fraach nei fierdere groei
De ûntwikkeling en yndustrialisaasje fan hege-krêft glêstriedlasers is it resultaat fan 'e synergistyske foarútgong fan' e yndustryketen, dy't de stipe fereasket fan kearn opto-elektronyske komponinten lykas pompboarne, isolator, beamkonsentrator, ensfh. De opto-elektronyske komponinten dy't brûkt wurde yn hege-krêft glêstriedlasers binne de basis en wichtige komponinten fan har ûntwikkeling en produksje, en de útwreidzjende merk fan hege-krêft glêstriedlasers driuwt ek de merkfraach oan foar kearnkomponinten lykas hege-krêft healgeleiderlaserchips. Tagelyk, mei de trochgeande ferbettering fan húshâldlike glêstriedlasertechnology, is ymportferfanging in ûnûntkomber trend wurden, it merkoandiel fan lasers yn 'e wrâld sil trochgean te ferbetterjen, wat ek grutte kânsen bringt foar lokale sterkte fan fabrikanten fan opto-elektronyske komponinten.
Pleatsingstiid: 7 maart 2023
