BWT запропонував теорію щільного просторового розташування (DSBC) і перевірив правильність DSBC за допомогою експерименту з джерелом накачування кіловатного рівня.Наразі потужність однієї лампи збільшено до 15-30 Вт@BPP≈5-12 мм*мрад, а електрооптичний ККД становить >60%, що дозволяє джерелу високої потужності насоса в поєднанні з вихідним сигналом волокна підтримувати високий рівень. Виведення яскравості при зменшенні гучності. Можна зменшити вагу та підвищити ефективність електрооптичного перетворення.
Використовуючи поточний чіп, BWT відповідно реалізувала джерело накачування з діаметром серцевини 135 мкм NA0.22, волоконно-з’єднаний вихід 420 Вт, довжина хвилі фіксована на 976 нм, якість ≈ 500 g;і діаметр серцевини 220 мкм NA0.22 волоконно-з’єднаний вихід 1000 Вт одна довжина хвилі 976 нм (або 915 нм), якість ≈ джерела накачування 400 г.
У майбутньому, з покращенням яскравості напівпровідникового чіпа та електрооптичної ефективності, легкі та потужні джерела накачування відіграватимуть незамінну роль у виробництві малих потужних волоконних лазерних джерел світла та активно сприятимуть розвитку промислового застосування.
вступ
Волоконні лазери швидко розвиваються завдяки чудовій якості променя та гнучким можливостям розширення потужності (волоконні об’єднувачі).В останні роки одномодові одноволоконні волоконні лазери обмежені ефектами TMI (нестабільність поперечної моди) і SRS, а потужність напівпровідникових волоконних лазерних генераторів з прямим накачуванням обмежена 5 кВт.
[1].Лазерний підсилювач також зупинений на 10кВт
[2].Хоча вихідну потужність можна збільшити шляхом відповідного збільшення діаметра сердечника, якість вихідного променя також зменшується на -1.Тим не менш, потреба в покращенні яскравості напівпровідникових джерел накачування все ще актуальна.
Вимоги до якості променя в промисловій обробці не обов’язково є одномодовими.Щоб збільшити потужність одноволоконного волокна, допускається кілька режимів нижчого порядку.До теперішнього часу маломодові одноволоконні та комбіновані пучкові багатомодові лазерні джерела світла на основі 976 нм накачування понад 5 кВт. З пакетним застосуванням (головним чином різання та зварювання металевих матеріалів), виробництво відповідних джерел високої потужності накачування також масштабується пакетно.
Менший, легший і стабільніший
Зв'язок між напівпровідниковою мікросхемою BPP і яскравістю джерела накачування
Три роки тому яскравість чіпів 9xxnm була переважно на рівні 3 Вт/мм*мрад@12Вт-100 мкм ширини смуги та 2 Вт/мм*мрад@18Вт-200 мкм ширини смуги.На основі таких мікросхем BWT досягає 600 Вт і 1000 Вт 200 мкм NA0.22 fiber-coupled output-1.
Наразі яскравість мікросхем 9xxnm досягла 3,75 Вт/мм*мрад@15Вт-100 мкм ширини смуги та 3 Вт/мм*мрад@30Вт-230 мкм ширини смуги, а електрооптична ефективність в основному підтримується на рівні близько 60%.
Відповідно до теорії щільного просторового розташування [6], він розраховується відповідно до середньої ефективності зв’язку волокна 78% (лазерне випромінювання від чіпа до виходу зв’язку волокна: однохвильове просторове суміщення пучка та поляризаційне об’єднання пучка без VBG), і передбачається, що чіп працює на найвищій потужності (BPP чіпа відрізняється при різних струмах), ми склали карту даних таким чином:
* Яскравість мікросхеми в порівнянні з різним діаметром серцевини волокна на вихідній потужності
З наведеного вище малюнка видно, що коли певне волокно (діаметр серцевини та NA фіксовані) досягає певної вихідної потужності зв’язку, для чіпів з різною яскравістю кількість чіпів різна, а об’єм і вага джерела накачування також різні.Для вимог накачування волоконного лазера, якщо вибрано джерело накачування, виготовлене з вищезазначених мікросхем з різною яскравістю, вага та об’єм волоконного лазера однакової потужності будуть абсолютно різними, а також конфігурація системи водяного охолодження. зовсім інший.
Висока ефективність, малий розмір і легка вага є неминучими тенденціями в розвитку майбутніх лазерних джерел світла (діодних лазерів, твердотільних лазерів або волоконних лазерів), а яскравість, ефективність і потужність напівпровідникових мікросхем відіграють у цьому вирішальну роль. .
Легке, високояскраве джерело високої потужності
Для адаптації до комбайнера волокон ми вибрали загальні специфікації волокна: 135 мкм NA0.22 і 220 мкм NA0.22.Оптична конструкція двох джерел накачування передбачає щільне просторове розташування та об’єднання поляризаційних променів.
Серед них 420WLD використовує мікросхему 3,75 Вт/мм*мрад@15 Вт і волокно NA0,22 135 мкм, має блокування довжини хвилі VBG, яке відповідає вимогам блокування хвилі потужності 30-100%, а електрооптична ефективність становить 41%. .Корпус LD виготовлений із матеріалу з алюмінієвого сплаву та сендвіч-структури [5].Верхній і нижній чіпи мають спільний канал водяного охолодження, що покращує використання простору.Розташування світлових плям, спектр і вихідна потужність (потужність у волокні) показані на малюнку:
*420 Вт при 135 мкм NA0,22 LD
Ми вибрали 6 LD для високо- та низькотемпературних ударних і вібраційних випробувань.Дані тесту такі:
* Випробування на удар при високих і низьких температурах
* Випробування на вібрацію
1000WLD використовує мікросхему 3 Вт/мм*мрад при 30 Вт і волокно 220 мкм NA0,22, яке забезпечує 915 нм і 976 нм вихідну потужність 1000 Вт відповідно, а електрооптична ефективність становить >44%.Корпус LD також виготовлений з алюмінієвого сплаву.Щоб досягти більш високого співвідношення потужності до маси, оболонку LD було спрощено за умови забезпечення міцності конструкції.Якість LD, розташування точок і вихідна потужність (потужність у волокні) такі:
*1000 Вт при 220 мкм NA0,22 LD
Щоб підвищити надійність джерела накачування, волокно з’єднувального кінця використовує технологію злиття торцевої кришки кварцу та технологію фільтрації світла, що робить температуру волокна поза джерелом накачування близькою до кімнатної.Шість 976nmLD були відібрані для високо- та низькотемпературних ударних і вібраційних випробувань.Результати тесту такі:
* Випробування на удар при високих і низьких температурах
* Випробування на удар при високих і низьких температурах
* Випробування на вібрацію
Висновок
Досягнення високої вихідної яскравості відбувається за рахунок електрооптичної ефективності, тобто найвища вихідна потужність і найвища електрооптична ефективність не можуть бути досягнуті одночасно, що визначається яскравістю мікросхеми та нормалізованою частотою зв’язку клітковина.У багатотрубній технології об’єднання просторового променя яскравість і ефективність завжди є цілями, яких неможливо досягти одночасно.Баланс електрооптичної ефективності та потужності слід визначати відповідно до конкретного застосування.
Список літератури
[1] Мллер Фрідріх, Крмер Ріа Г., Мацдорф Крістіан та ін., «Аналіз продуктивності з кількома кВт монолітного одномодового підсилювача та осцилятора, легованого Yb», Волоконні лазери XVI: Технологія та системи (2019).
[2] Гапонцев В., Фомін В., Ферін А. та ін. «Дифракційні обмежені ультрависокопотужні волоконні лазери», Advanced Solid-state Photonics (2010).
[3] Haoxing Lin, Li Ni, Kun Peng та ін., «Китайський волоконний лазер із добавками YDF вітчизняного виробництва досяг вихідної потужності 20 кВт від одного волокна», Китайський журнал лазерів, 48(09), (2021).
[4] Cong Gao, Jiangyun Dai, Fengyun Li та інші, «Саморобне 10-кВт алюмофосфилікатне волокно з ітербієм для тандемної накачування», Китайський журнал лазерів, 47(3), (2020).
[5] Dan Xu, Zhijie Guo, Tujia Zhang та інші, "Джерело накачування діодним лазером високої яскравості 600 Вт", Spie Laser, 1008603, (2017).
[6] Dan Xu, Zhijie Guo, Di Ma та інші, «Прямий діодний лазер високої яскравості KW-класу», High-power Diode Laser Technology XVI, High-Power Diode Laser Technology XVI, (2018).
Компанія BWT, заснована в 2003 році, є глобальним постачальником лазерних рішень.З місією «Нехай мрія керує світлом» і цінностями «Видатні інновації» компанія прагне створювати кращі лазерні продукти та пропонувати діодні лазери, волоконні лазери, надшвидкісні лазерні продукти та рішення для клієнтів у всьому світі.На сьогоднішній день понад 10 мільйонів лазерів BWT стабільно працюють онлайн у більш ніж 70 країнах і регіонах по всьому світу.
Час публікації: 11 травня 2022 р