纤维激光器与固态激光器：差异和优势

1。技术原则和绩效差异

①获得培养基

纤维激光器将稀土掺杂的玻璃纤维作为增益培养基。在泵光的作用下，纤维中形成了高功率密度，从而导致激光能级的种群反转和激光振荡通过谐振腔的正反馈回路。纤维激光器是紧凑的，不需要复杂的冷却系统，并且纤维的灵活性使它们在多维太空处理应用中更有利。

纤维激光器的核心是光纤，一种柔性，稀薄的玻璃或塑料细丝，其能够在长距离且损失最小的情况下引导光线的能力。纤维充当激光器的活动增益介质，是激光操作的核心。但是，与电信中使用的未凝固玻璃或塑料纤维不同，纤维激光器中的光纤掺入了稀土元素，例如Erbium或Ytterbium。这种掺杂引入了激光操作所需的能量状态，使纤维不仅可以引导光，还可以放大光。

固态激光器（SSL）以其独特的增益培养基（固体材料）为中心，通常由四个部分组成：增益介质，冷却系统，光学谐振腔和泵源。增益培养基，例如Ruby（Cr​​：Al₂o₃）或培养的Yttrium铝石榴石（ND：YAG），是固态激光器的灵魂。内部掺杂的活化离子（例如nd³⁺）在泵光的作用下实现了种群反转，从而产生了激光。冷却系统负责消除由于激光产生而导致增益介质中积累的热量，以确保激光的稳定操作。光谐振器通过光子的正反馈形成连续振荡，输出了高度单色和高度方向的激光束。

②绩效和效率

纤维激光器以其出色的电效率而闻名，这要归功于光纤电缆的性质，可导致损失最小的光线。此功能使纤维激光器非常节能，通常达到30％以上的效率。固态激光器通常效率较低，这可能是由于其更大的增益培养基的损失较高，并且需要高强度灯泵送。

③光束质量：直接影响激光在精确应用中的有效性

光纤激光器的单模操作可以提供令人难以置信的远光质量，其特征是聚焦紧密和差异最小。固态激光器虽然能够提供高质量的光束，但通常很难匹配纤维激光器的光束质量，尤其是在较高功率水平下。尽管效率较低和横梁质量，但固态激光器并非没有优势。它们具有强大的功率扩展功能，并且非常适合大功率应用。固态激光器可以通过增加增益介质和泵功率的大小来产生令人难以置信的高功率水平，这对于纤维激光器而言并不那么简单，这是由于纤维尺寸和散热的局限性。

④稳定性

纤维激光器具有很高的稳定性。它们的纤维结构对环境变化不敏感（例如温度，湿度，振动等），并且可以在恶劣的环境中保持稳定的工作条件。同时，纤维激光器是固态结构，不包含自由空间的光学组件，因此它们被认为更耐用和适应环境变化。

固态激光器的稳定性相对较差，环境因素的变化可能会对其性能产生更大的影响。

⑤输出耗散性能

纤维激光器具有出色的散热性能。它的增益介质是光纤，具有较大的表面积与体积比，并且可以快速散发热量，因此可以长时间稳定地工作，并且可以承受高功率输出。

固态激光器相对难以散发热量，并且在高功率下运行时容易产生热效应，从而影响激光的性能和寿命。

⑥规模和维护成本

纤维激光器非常紧凑，几乎不需要维护。纤维的小尺寸和不存在外镜子大大减少了与固态激光器相关的对齐问题。此外，纤维的出色散热能力通常不需要主动冷却，从而进一步降低了维护要求。同时，纤维激光器通常更安全地操作，因为激光限制在纤维内，从而降低了意外暴露的风险。

固态激光器中镜子的对齐对其操作至关重要，需要定期检查和调整，这增加了维护工作量。此外，固态激光器通常需要主动冷却以管理增益介质中产生的热量，这不仅增加了系统的复杂性，还增加了维护要求。固态激光器往往比纤维激光器大。对大增益镜和外镜的需求增加了它们的大小和重量，从而限制了它们在空间有限的应用中的适用性。

2。应用程序字段

纤维激光器在工业切割和焊接领域发光，其高功率，远光质量，良好的散热性能和稳定性。纤维激光器特别适合厚板切割和金属材料的焊接。它们高的电流转换效率以及无调整和无维护设计大大降低了使用成本和维护难度。同时，纤维激光器对灰尘，振动，湿度等苛刻的工作环境的高耐受性也使它们在各个工业场所的表现都很好。连续激光器在宏观处理领域具有高度的渗透，并逐渐取代了该领域的传统加工方法。

固态激光器在超精确的领域和超微小处理领域是独一无二的，其高峰值功率，较大的脉冲能量和短波长激光输出（例如绿光和紫外线光）。在金属/非金属材料标记，切割，钻孔和焊接等过程中，固态激光器可以达到更高的加工精度和更广泛的材料适用性。尤其是在非金属材料的高精度焊接和轻粘量3D打印中，固态激光器由于其短波长激光器具有较小的热效应和高处理精度而成为首选设备。固态激光器主要用于非金属材料的精确微型机械结构，以及由于其短波长（紫外线，深紫外线），较短的脉冲宽度（Picsecond，femtsosecond）和高峰值功率而导致的薄，脆性和其他金属材料。此外，固态激光器被广泛用于环境，医学，军事等领域的尖端科学研究。

3。市场份额

我们国家正在制造业从低端制造到高端制造业进行转型和升级。低端制造业占高比例。宏观加工市场涵盖了高端制造业的一部分。市场需求很大。因此，纤维激光器的市场能力相对较大。

国内低功率纤维激光器是高度局部的，并且有许多大规模的国内制造商。根据“中国激光行业发展报告”，低功率纤维激光器已被国内产品完全取代。就中能连续纤维激光器而言，国内质量没有明显的劣势，价格优势是显而易见的，而且市场份额相当；就高功率连续纤维激光器而言，国内品牌已达到部分销售。

至于坚实的激光器，由于中国较晚的开发，目前尚无将该产品作为其主要业务的上市公司，而且通常购买外国品牌。

纤维激光器由于其高输出功率而主要用于宏处理领域（激光宏处理通常是指与激光束对毫米水平的影响的处理对象的大小和形状的处理）；固体激光器因其优势而广泛用于微处理领域，例如短波长，窄脉冲宽度和高峰值功率（微处理通常是指尺寸和形状的处理，精确地达到了千分尺或纳米表水平），从而导致固体激光器和光纤激光器的使用者之间的某些差异。

通常，固体激光器和纤维激光器有自己的应用程序场。在大多数领域，两者之间没有直接的竞争。在金属材料处理的领域与微处理领域重叠的金属材料处理，当金属达到一定的厚度时，由于成本原因，该领域通常会采用传统方法或光纤激光器。实心激光器仅用于具有薄金属厚度或高处理要求并且成本不敏感的场景。此外，两者之间的竞争重叠很低。实心激光器主要用于处理非金属材料（玻璃，陶瓷，塑料，聚合物，包装，其他脆性材料等），在金属材料领域中，它们用于高精度要求且相对不敏感的场景。