BWT navrhla teóriu hustého priestorového usporiadania (DSBC) a overila správnosť DSBC experimentom s kilowattovým čerpadlovým zdrojom.V súčasnosti sa výkon jednej trubice zvýšil na 15W-30W@BPP≈5-12mm*mrad a elektro-optická účinnosť je >60 %, čo umožňuje vysokovýkonnému zdroju pumpy spojenému s výstupom z vlákna udržiavať vysokú výstup jasu pri znížení objemu, Je možné znížiť hmotnosť a zlepšiť účinnosť elektro-optickej konverzie.
Pomocou súčasného čipu spoločnosť BWT realizovala zdroj pumpy s priemerom jadra 135 μm NA0.22 výstup s optickými vláknami 420 W s uzamknutou vlnovou dĺžkou 976 nm, kvalita ≈ 500 g;a priemer jadra 220 μm NA0.22 vláknový výstup 1000W jediná vlnová dĺžka 976nm (alebo 915nm), kvalita ≈ 400g zdroj pumpy.
V budúcnosti, so zlepšením jasu polovodičových čipov a elektrooptickej účinnosti, budú ľahké a vysokovýkonné čerpacie zdroje hrať nezastupiteľnú úlohu pri výrobe maloobjemových vysokovýkonných vláknových laserových svetelných zdrojov a budú aktívne podporovať vývoj priemyselných aplikácií.
Úvod
Vláknové lasery sa rýchlo rozrástli vďaka ich vynikajúcej kvalite lúča a flexibilným možnostiam rozšírenia výkonu (zlučovače vlákien).V posledných rokoch sú jednovláknové lasery s jedným vláknom obmedzené efektmi TMI (transverse mode instability) a SRS a výkon polovodičových laserových oscilátorov s priamym čerpaním je obmedzený na 5 kW.
[1].Laserový zosilňovač je tiež zastavený na 10 kW
[2].Hoci výstupný výkon možno zvýšiť vhodným zväčšením priemeru jadra, kvalita výstupného lúča sa tiež zníži -1.Požiadavka na zlepšenie jasu zdrojov polovodičových čerpadiel je však stále naliehavá.
Požiadavky na kvalitu lúča v aplikáciách priemyselného spracovania nemusia byť nevyhnutne jednorežimové.Aby sa zvýšil výkon jedného vlákna, je povolených niekoľko režimov nízkeho rádu.Doteraz niekoľkorežimové jednovláknové a lúčovo kombinované multimódové laserové svetelné zdroje založené na 976nm čerpaní viac ako 5 kW S dávkovými aplikáciami (hlavne rezanie a zváranie kovových materiálov), výroba zodpovedajúcich vysokovýkonných čerpacích zdrojov je tiež dávkovo škálovaný.
Menší, ľahší a stabilnejší
Vzťah medzi polovodičovým čipom BPP a jasom zdroja čerpadla
Pred tromi rokmi bola svietivosť čipov 9xxnm väčšinou na úrovni 3W/mm*mrad@12W-100μm šírky pásu & 2W/mm*mrad@18W-200μm šírky pásu.Na základe takýchto čipov dosahuje BWT 600W a 1000W 200μm NA0.22 vláknom spojený výstup-1.
V súčasnosti jas čipov 9xxnm dosiahol 3,75W/mm*mrad@15W-100μm šírku pásika & 3W/mm*mrad@30W-230μm šírku pásika a elektrooptická účinnosť sa v podstate udržiava na úrovni okolo 60%.
Podľa teórie hustého priestorového usporiadania [6] sa vypočítava podľa priemernej účinnosti vláknovej väzby 78 % (výstup laserovej emisie z čipu na vláknovú väzbu: kombinovanie priestorového lúča jednej vlnovej dĺžky a kombinovanie polarizačného lúča bez VBG), a predpokladá sa, že čip pracuje pri najvyššom výkone (BPP čipu sa líši pri rôznych prúdoch), zostavili sme dátovú mapu nasledovne:
* Jas čipu VS rozdielny priemer jadra výstupný výkon spojky vlákna
Z vyššie uvedeného obrázku je možné zistiť, že keď určité vlákno (priemer jadra a NA je pevný) dosahuje špecifický výstup výkonovej väzby, pre čipy s rôznym jasom je počet čipov odlišný a objem a hmotnosť zdroja pumpy sú tiež odlišné.Pre požiadavky na čerpanie vláknového lasera, ak je zvolený zdroj čerpadla vyrobený z vyššie uvedených čipov s rôznym jasom, hmotnosť a objem vláknového lasera s rovnakým výkonom sú úplne odlišné a konfigurácia vodného chladiaceho systému je tiež celkom iné.
Vysoká účinnosť, malé rozmery a nízka hmotnosť sú nevyhnutné trendy vo vývoji budúcich laserových svetelných zdrojov (či už diódových laserov, pevnolátkových laserov alebo vláknových laserov), pričom jas, účinnosť a výkon polovodičových čipov zohrávajú rozhodujúcu úlohu. .
Ľahký zdroj s vysokým jasom a vysokým výkonom
Aby sme sa prispôsobili zlučovaču vlákien, vybrali sme bežné špecifikácie vlákien: 135μm NA0.22 a 220μm NA0.22.Optický dizajn dvoch čerpacích zdrojov využíva husté priestorové usporiadanie a kombináciu polarizačného lúča.
Medzi nimi 420WLD prijíma čip 3,75W/mm*mrad@15W a vlákno 135μm NA0.22 a má blokovanie vlnovej dĺžky VBG, ktoré spĺňa požiadavky na blokovanie výkonových vĺn 30-100% a elektrooptická účinnosť je 41% .Telo LD je vyrobené z hliníkovej zliatiny a sendvičovej konštrukcie [5].Horné a spodné čipy zdieľajú kanál vodného chladenia, čo zlepšuje využitie priestoru.Usporiadanie svetelných bodov, spektrum a výstupný výkon (výkon vo vlákne) sú znázornené na obrázku:
*420W@135μm NA0,22 LD
Vybrali sme 6 LD pre vysoko a nízkoteplotné nárazové a vibračné testy.Údaje testu sú nasledovné:
* Test nárazu pri vysokej a nízkej teplote
* Vibračný test
1000WLD využíva čip 3W/mm*mrad@30W a 220μm vlákno NA0.22, ktoré dosahuje 915nm a 976nm vláknom spojený výkon 1000W a elektrooptická účinnosť je >44%.Telo LD je tiež vyrobené z materiálu z hliníkovej zliatiny.V záujme dosiahnutia vyššieho pomeru výkonu k hmotnosti bola škrupina LD zjednodušená pod podmienkou zabezpečenia konštrukčnej pevnosti.Kvalita LD, usporiadanie bodov a výstupný výkon (výkon vo vlákne) sú nasledovné:
*1000W@220μm NA0,22 LD
Aby sa zlepšila spoľahlivosť zdroja čerpadla, spojovacie koncové vlákno využíva technológiu fúzie kremenného koncového uzáveru a technológie filtrovania svetla, vďaka čomu je teplota vlákna mimo zdroja čerpadla blízko izbovej teplote.Šesť 976nmLD bolo vybraných pre vysoko a nízkoteplotné šokové a vibračné testy.Výsledky testu sú nasledovné:
* Test nárazu pri vysokej a nízkej teplote
* Test nárazu pri vysokej a nízkej teplote
* Vibračný test
Záver
Dosiahnutie vysokého výkonu jasu prichádza na úkor elektrooptickej účinnosti, to znamená, že najvyšší výstupný výkon a najvyššia elektrooptická účinnosť nemožno dosiahnuť súčasne, čo je určené jasom čipu a normalizovanou frekvenciou spojky. vláknina.V technológii kombinovania priestorového lúča s jednou rúrkou sú jas a účinnosť vždy cieľmi, ktoré nemožno dosiahnuť súčasne.Rovnováha medzi elektrooptickou účinnosťou a výkonom by sa mala určiť podľa konkrétnej aplikácie.
Referencie
[1] Mller Friedrich, Krmer Ria G., Matzdorf Christian a kol., „Multi-kW výkonnostná analýza Yb-dopovaného monolitického jednomódového zosilňovača a nastavenia oscilátora“, Fiber Lasers XVI: Technology and Systems (2019).
[2] Gapontsev V, Fomin V, Ferin A a kol., „Diffraction Limited Ultra-High-Power Fiber Lasers“, Advanced Solid-state Photonics (2010).
[3] Haoxing Lin, Li Ni, Kun Peng a kol., „Čínsky domácky vyrábaný vláknový laser dopovaný YDF dosiahol výkon 20 kW z jedného vlákna,“ Chinese Journal of Lasers, 48(09),(2021).
[4] Cong Gao, Jiangyun Dai, Fengyun Li a kol., „Domáce 10-kW aluminofosfosilikátové vlákno dopované ytterbiom pre tandemové čerpanie“, Chinese Journal of Lasers, 47(3), (2020).
[5] Dan Xu, Zhijie Guo, Tujia Zhang a kol., "600 W vysokojasný diódový laserový zdroj čerpania", Spie Laser, 1008603, (2017).
[6] Dan Xu, Zhijie Guo, Di Ma a kol., „Priamy diódový laser triedy KW s vysokým jasom“, technológia vysokovýkonného diódového lasera XVI, technológia vysokovýkonného diódového lasera XVI, (2018).
Spoločnosť BWT bola založená v roku 2003 a je globálnym poskytovateľom služieb laserových riešení.S poslaním „Let the Dream Drive the Light“ a hodnotami „Outstanding Innovation“ sa spoločnosť zaviazala vytvárať lepšie laserové produkty a poskytovať diódové lasery, vláknové lasery, ultrarýchle laserové produkty a riešenia pre globálnych zákazníkov.Doteraz viac ako 10 miliónov BWT laserov stabilne funguje online vo viac ako 70 krajinách a regiónoch po celom svete.
Čas odoslania: 11. máj 2022