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              激光行業產業鏈解析

              來源:未知  瀏覽數:  發表日期:
                激光是20世紀以來繼核能、電腦、半導體之后,人類的又一重大發明,被稱為“最快的刀”、“最準的尺”、“最亮的光”。
                激光是指原子受激輻射的光,故名“激光”。原子中的電子吸收能量后從低能級躍遷到高能級,再從高能級回落到低能級的時候,所釋放的能量以光子的形式放出。被引誘(激發)出來的光子束(激光),其中的光子光學特性高度一致。
                因此激光相比普通光源具有單色性、相干性、高亮度及高方向性。激光應用廣泛,包括激光打標、激光焊接、激光切割、光纖通信、激光測距、激光雷達、激光武器、激光唱片、激光矯視、激光美容、激光掃描、激光滅蚊器、LIF無損檢測技術等。激光系統可分為連續波激光器和脈沖激光器。
                
                激光行業歷史沿革
                激光起始于1917年愛因斯坦提出“受激發射”理論,即一個光子使得受激原子發出一個相同的光子。
                之后的40年時間激光技術在理論上逐步走向成熟;1960年美國加州Hughes實驗室的TheodoreMaiman實現了第一束激光,第一臺紅寶石激光器誕生,之后各類激光器層出不窮,行業進入應用拓展階段;20世紀后,激光行業進入快速發展階段。
                
                激光行業工作原理—原子受激輻射的光
                激光是指通過人工方式,用光或放電等強能量激發特定的物質而產生的光。原子中的電子吸收能量后從低能級躍遷到高能級,再從高能級回落到低能級時,釋放的能量以光子形式放出,產生準直、單色、相干的定向光束。
                激光工作應用場景廣泛,具體有材料加工、電子信息、航天航空、通訊、美容、軍事武器等方面。
                其工作方式包括激光切割、激光修復、激光剝離、激光切邊外還有激光焊接、激光顯示、激光穿孔等。
                激光技術改變了低效率、低附加值、低技術含量的傳統加工生產模式,目前在電子制造以及金屬精密加工等行業得到廣泛應用,激光加工的應用主要包括激光切割、激光焊接和激光打標等領域。
                
                激光行業核心部件—激光加工設備
                根據激光束與材料相互作用的機理,大體可將激光加工分為激光熱加工和光化學反應加工兩類。
                激光熱加工是指利用激光束投射到材料表面產生的熱效應來完成加工過程,包括激光焊接、激光雕刻切割、表面改性、激光鐳射打標、激光鉆孔和微加工等。
                光化學反應加工是指激光束照射到物體,借助高密度激光高能光子引發或控制光化學反應的加工過程,包括光化學沉積、立體光刻、激光雕刻刻蝕等。激光加工不需要工具、加工速度快、表面變形小,可加工各種材料。
                用激光束對材料進行各種加工,如打孔、切割、焊接、熱處理等。某些具有亞穩態能級的物質,在外來光子的激發下會吸收光能,使處于高能級原子的數目大于低能級原子的數目,即粒子數反轉,若有一束光照射,光子的能量等于這兩個能相對應的差,會產生受激輻射,輸出大量的光能。
                
                
                運控系統:激光設備的“大腦”
                運動控制系統的功能
                運動控制系統是各類設備的大腦,軟件是其核心。運動控制系統的功能是根據控制程序,經計算機處理后,實時控制執行機構的動作。
                運動控制系統由硬件和軟件集成,硬件即工業控制板卡,包括主控單元、信號處理等部分,軟件是控制算法,其中硬件是運動控制系統的載體,軟件是核心,二者共同決定了運動控制系統的精度、效率。
                運控系統產業鏈
                光切割控制系統是運動控制在激光切割中的應用,激光切割運動控制系統是運動控制在切割中的運用,位于激光產業中游,與激光器、機械部件等共同構成激光切割設備。
                激光切割控制系統的作用是控制激光切割頭運動軌跡以及與被切割物體之間的距離,可被運用于所有涉及金屬材料切割的行業,并正逐步向非金屬切割領域發展。
                
                激光器:激光發射裝置
                激光器是激光的發生裝置,1954年誕生了第一臺微波量子放大器,獲得了高度相干的微波束。
                1958年A.L.肖洛和C.H.湯斯把微波量子放大器原理推廣應用到光頻范圍,1960年T.H.梅曼等人制成了第一臺紅寶石激光器。
                1961年A.賈文等人制成了氦氖激光器。1962年R.N.霍耳等人創制了砷化鎵半導體激光器。
                激光器通常由三部分組成,即激光增益介質、泵浦源、光學諧振腔。
                泵浦源是激光器的能量供給來源,對工作介質進行激勵,將激活例子從基態抽運到高能級,以實現粒子數反轉;增益介質是激光器的核心,會吸收泵浦源提供的能量并將激光放大;諧振腔(光諧振器)是兩面互相平行的鏡子,其作用是把光線在反射鏡間來回反射并多次經過增益介質,因而在縮短工作物質長度的同時還能達到放大激光功率的目的,即產生與維持激光震蕩,控制輸出激光束的質量。而輸出耦合器之間來回放大,部分是透明的。
                
                激光加工技術
                激光加工技術是利用激光束與物質相互作用的特性,對材料(包括金屬與非金屬)進行切割、焊接、表面處理、打孔及微加工等的一門加工技術。
                早期的激光加工由于功率較小,大多用于打小孔和微型焊接。隨著大功率二氧化碳激光器、高重復頻率釔鋁石榴石激光器的出現,數千瓦的激光加工機用于各種材料的高速切割、深熔焊接和材料熱處理等方面。
                各種專用的激光加工設備與光電跟蹤、計算機數字控制、工業機器人等技術相結合,大大提高了激光加工機的自動化水平和使用功能。
                

                
                激光行業產業鏈
                激光產業鏈上游是利用半導體材料、高端裝備以及相關的生產輔料制造的光學元器件、光學材料等,主要包括激光晶體材料、光學鏡片、泵浦源、振鏡、光柵、激光芯片、特種光纖、光纖合束器等一系列核心部件,是激光產業的基石。
                中游則是利用上游激光芯片及光電器件、模組、光學元件等進行各類激光器的制造與銷售。
                下游為激光設備集成商,產品最終應用于先進制造、醫療健康、科學研究、汽車應用、信息技術、光通信、光存儲等眾多領域。
                
                根據中國科學院公布的數據顯示,從細分市場來看,我國作為全球最大的制造業國家,激光設備目前主要應用于工業生產之中。
                預計2022年我國激光設備市場規模還將繼續增長,其中工業用激光設備依舊是最為主要的增長點。
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