BWT предложил теорию плотного пространственного расположения (DSBC) и проверил правильность DSBC в эксперименте с источником накачки киловаттного уровня.В настоящее время мощность одной трубки увеличена до 15–30 Вт при BPP≈5–12 мм*мрад, а электрооптический КПД составляет >60%, что позволяет высокомощному источнику накачки в сочетании с оптоволоконным выходом поддерживать высокую Выходная яркость при уменьшении громкости. Можно уменьшить вес и повысить эффективность электрооптического преобразования.
Используя текущий чип, BWT, соответственно, реализовал источник накачки с диаметром сердечника 135 мкм NA0.22, выходной мощностью 420 Вт с оптоволоконной связью, синхронизированной по длине волны 976 нм, качество ≈ 500 г;и диаметр сердечника 220 мкм NA0.22, связанный с волокном, выходная мощность 1000 Вт, одна длина волны 976 нм (или 915 нм), качество источника накачки ≈ 400 г.
В будущем, с улучшением яркости полупроводниковых чипов и электрооптической эффективности, легкие и мощные источники накачки будут играть незаменимую роль в производстве малых объемов высокомощных волоконных лазерных источников света и будут активно способствовать развитию промышленного применения.
Введение
Волоконные лазеры быстро развиваются благодаря их превосходному качеству луча и гибким возможностям расширения мощности (оптические комбайнеры).В последние годы одномодовые одномодовые волоконные лазеры ограничены TMI (неустойчивостью поперечной моды) и эффектами ВКР, а мощность полупроводниковых волоконных лазерных генераторов с прямой накачкой ограничена 5 кВт.
[1].Лазерный усилитель тоже остановился на 10кВт
[2].Хотя выходная мощность может быть увеличена за счет соответствующего увеличения диаметра сердечника, качество выходного луча также снижается на -1.Тем не менее потребность в повышении яркости полупроводниковых источников накачки по-прежнему актуальна.
Требования к качеству луча в приложениях промышленной обработки не обязательно являются одномодовыми.Для увеличения мощности одиночного волокна допускается несколько режимов низкого порядка.К настоящему времени маломодовые одномодовые и лучевые многомодовые лазерные источники света на основе 976нм накачки мощностью более 5кВт При серийном применении (в основном резка и сварка металлических материалов) производство соответствующих мощных источников накачки также масштабируется в пакетном режиме.
Меньше, легче и стабильнее
Зависимость между полупроводниковым чипом BPP и яркостью источника накачки
Три года назад яркость чипов 9xxnm была в основном на уровне 3 Вт/мм*мрад при 12 Вт-100 мкм ширины полосы и 2 Вт/мм*мрад при 18 Вт-200 мкм ширины полосы.На основе таких чипов BWT достигает 600 Вт и 1000 Вт 200 мкм NA0,22 выходной мощности 1 с оптоволоконным соединением.
В настоящее время яркость чипов 9xxnm достигла 3,75 Вт/мм*мрад при ширине полосы 15 Вт-100 мкм и 3 Вт/мм*мрад при ширине полосы 30 Вт-230 мкм, а электрооптическая эффективность в основном поддерживается на уровне около 60%.
В соответствии с теорией плотного пространственного расположения [6] он рассчитывается в соответствии со средней эффективностью связи волокна 78% (лазерное излучение от чипа до выхода связи волокна: одноволновое пространственное объединение лучей и поляризационное объединение лучей без VBG), и предполагается, что микросхема работает на наибольшей мощности (БПП микросхемы разная при разных токах), мы составили карту данных следующим образом:
* Яркость чипа в зависимости от выходной мощности оптоволоконного соединения разного диаметра сердцевины
Из приведенного выше рисунка видно, что когда определенное волокно (диаметр сердцевины и числовая апертура фиксированы) достигает определенной выходной мощности, для чипов с разной яркостью количество чипов различно, а также объем и вес источника накачки. тоже разные.Для требований накачки волоконного лазера, если выбран источник накачки из вышеперечисленных чипов с разной яркостью, вес и объем волоконного лазера той же мощности совершенно другие, а также конфигурация системы водяного охлаждения. достаточно разный.
Высокий КПД, малые габариты и малый вес — неизбежные тенденции развития будущих лазерных источников света (будь то диодные лазеры, твердотельные лазеры или волоконные лазеры), и решающую роль в этом играют яркость, эффективность и мощность полупроводниковых микросхем. .
Легкий, яркий, мощный источник накачки
Чтобы адаптироваться к объединителю волокон, мы выбрали стандартные характеристики волокна: 135 мкм NA0,22 и 220 мкм NA0,22.В оптической схеме двух источников накачки используется плотное пространственное расположение и объединение поляризационных лучей.
Среди них 420WLD использует чип 3,75 Вт / мм * мрад при 15 Вт и волокно NA0,22 135 мкм и имеет синхронизацию длины волны VBG, которая соответствует требованиям синхронизации волны мощности 30-100%, а электрооптическая эффективность составляет 41%. .Корпус ЛД изготовлен из алюминиевого сплава и имеет сэндвич-структуру [5].Верхний и нижний чипы имеют общий канал водяного охлаждения, что улучшает использование пространства.Расположение светового пятна, спектр и выходная мощность (мощность в волокне) показаны на рисунке:
*420 Вт при 135 мкм NA0,22 LD
Мы выбрали 6 ЛД для испытаний на удар и вибрацию при высоких и низких температурах.Данные испытаний следующие:
*Испытание на ударную вязкость при высоких и низких температурах
* Испытание на вибрацию
В 1000WLD используется чип 3 Вт/мм*мрад при 30 Вт и волокно NA0.22 220 мкм, что обеспечивает выходную мощность 915 нм и 976 нм с оптоволоконным соединением 1000 Вт соответственно, а электрооптическая эффективность составляет> 44%.Корпус LD также изготовлен из алюминиевого сплава.Для достижения более высокой удельной мощности оболочка ЛД была упрощена при условии обеспечения прочности конструкции.Качество ЛД, расположение точек и выходная мощность (мощность в волокне) следующие:
*1000 Вт при 220 мкм NA0,22 LD
Чтобы повысить надежность источника накачки, соединительное волокно на конце использует технологию сплавления кварцевой крышки и светофильтра в оболочке, что делает температуру волокна снаружи источника накачки близкой к комнатной температуре.Шесть 976-нмЛД были отобраны для высокотемпературных и низкотемпературных ударных и вибрационных испытаний.Результаты теста следующие:
*Испытание на ударную вязкость при высоких и низких температурах
*Испытание на ударную вязкость при высоких и низких температурах
* Испытание на вибрацию
Заключение
Достижение высокой выходной яркости достигается за счет электрооптической эффективности, то есть одновременно невозможно получить максимальную выходную мощность и наивысшую электрооптическую эффективность, что определяется яркостью чипа и нормированной частотой связи. волокно.В многотрубной технологии комбинирования пространственных лучей яркость и эффективность всегда являются целями, которые не могут быть достигнуты одновременно.Баланс электрооптической эффективности и мощности следует определять в соответствии с конкретным применением.
использованная литература
[1] Мюллер Фридрих, Крмер Риа Г., Мацдорф Кристиан и др., «Анализ производительности монолитного одномодового усилителя и генератора, легированного Yb, мощностью в несколько кВт», Волоконные лазеры XVI: технологии и системы (2019).
[2] Гапонцев В., Фомин В., Ферин А. и др., «Волоконные лазеры сверхвысокой мощности с ограничением дифракции», Advanced Solid-state Photonics (2010).
[3] Хаосин Линь, Ли Ни, Кун Пэн и др., «Китайский волоконный лазер с YDF, легированным YDF, достиг выходной мощности 20 кВт от одного волокна», Китайский журнал лазеров, 48 (09), (2021).
[4] Конг Гао, Цзянюнь Дай, Фэнъюнь Ли и др., «Самодельное алюмофосфосиликатное волокно, легированное иттербием, мощностью 10 кВт для тандемной накачки», Китайский журнал лазеров, 47 (3), (2020).
[5] Дэн Сюй, Чжицзе Го, Туцзя Чжан и др., «Источник накачки диодного лазера высокой яркости мощностью 600 Вт», Spie Laser, 1008603, (2017).
[6] Дэн Сюй, Чжицзе Го, Ди Ма и др., «Прямой диодный лазер высокой яркости класса KW», Технология мощного диодного лазера XVI, Технология мощного диодного лазера XVI, (2018).
Компания BWT, основанная в 2003 году, является глобальным поставщиком услуг по лазерным решениям.С миссией «Пусть мечта управляет светом» и ценностями «Выдающиеся инновации» компания стремится создавать лучшие лазерные продукты и поставлять диодные лазеры, волоконные лазеры, сверхбыстрые лазерные продукты и решения для клиентов по всему миру.На сегодняшний день более 10 миллионов лазеров BWT стабильно работают в режиме онлайн в более чем 70 странах и регионах по всему миру.
Время публикации: 11 мая 2022 г.