BWT je predložio teoriju gustog prostornog rasporeda (DSBC) i potvrdio ispravnost DSBC kroz eksperiment izvora pumpe na razini kilovata.Trenutačno je snaga jedne cijevi povećana na 15W-30W@BPP≈5-12mm*mrad, a elektro-optička učinkovitost je >60%, što omogućuje izvoru pumpe velike snage zajedno s izlazom iz vlakana za održavanje visoke razine izlaz svjetline uz smanjenje volumena, Moguće je smanjiti težinu i poboljšati učinkovitost elektro-optičke pretvorbe.
Koristeći trenutni čip, BWT je realizirao izvor pumpe s promjerom jezgre od 135 μm NA0.22 vlakno spregnuti izlaz 420 W valna duljina zaključana na 976 nm, kvaliteta ≈ 500 g;i promjer jezgre od 220 μm NA0.22 vlakno spregnuti izlaz 1000 W jedna valna duljina 976 nm (ili 915 nm), kvaliteta ≈ 400 g izvora pumpe.
U budućnosti, s poboljšanjem svjetline poluvodičkog čipa i elektro-optičke učinkovitosti, lagani izvori pumpe velike snage igrat će nezamjenjivu ulogu u proizvodnji laserskih svjetlosnih izvora male količine velike snage te će aktivno promicati razvoj industrijske primjene.
Uvod
Svjetlovodni laseri brzo su rasli zahvaljujući svojoj izvrsnoj kvaliteti snopa i fleksibilnim mogućnostima proširenja snage (kombinatori vlakana).Posljednjih godina, single-mode vlaknasti laseri s jednim vlaknom ograničeni su TMI (transverzalna nestabilnost moda) i SRS učincima, a snaga poluvodičkih laserskih oscilatora s izravnim pumpanjem ograničena je na 5 kW
[1].Lasersko pojačalo je također zaustavljeno na 10kW
[2].Iako se izlazna snaga može povećati odgovarajućim povećanjem promjera jezgre, kvaliteta izlaznog snopa također se smanjuje -1.Unatoč tome, zahtjev za poboljšanjem svjetline poluvodičkih izvora pumpe još uvijek je hitan.
Zahtjevi za kvalitetu zrake u aplikacijama industrijske obrade nisu nužno jednomodni.Kako bi se povećala snaga jednog vlakna, dopušteno je nekoliko modova niskog reda.Do sada, višemodni laserski izvori svjetlosti s nekoliko modova s jednim vlaknom i kombiniranim snopom temeljeni na 976nm pumpanju od više od 5kW Uz šaržne primjene (uglavnom rezanje i zavarivanje metalnih materijala), proizvodnja odgovarajućih izvora pumpe velike snage također je skaliran u seriji.
Manji, lakši i stabilniji
Odnos između poluvodičkog čipa BPP i svjetline izvora pumpe
Prije tri godine, svjetlina 9xxnm čipova bila je uglavnom na razini 3W/mm*mrad@12W-100μm širine trake i 2W/mm*mrad@18W-200μm širine trake.Na temelju takvih čipova, BWT postiže 600W i 1000W 200μm NA0.22 fiber-coupled output-1.
Trenutačno je svjetlina 9xxnm čipova postigla 3,75 W/mm*mrad@15W-100μm širine trake i 3W/mm*mrad@30W-230μm širine trake, a elektrooptička učinkovitost u osnovi se održava na oko 60%.
Prema teoriji gustog prostornog rasporeda [6], izračunava se prema prosječnoj učinkovitosti spajanja vlakana od 78% (laserska emisija iz čipa u izlaz spajanja vlakana: kombiniranje prostornog snopa jedne valne duljine i kombiniranje polarizacijskog snopa bez VBG), i pretpostavlja se da čip radi na najvećoj snazi (BPP čipa je različit pri različitim strujama), sastavili smo mapu podataka kako slijedi:
* Svjetlina čipa U odnosu na različiti promjer jezgre izlazne snage vlakana
Na gornjoj se slici može vidjeti da kada određeno vlakno (promjer jezgre i NA je fiksan) postigne specifičan izlaz snage spojke, za čipove različite svjetline, broj čipova je različit, a volumen i težina izvora pumpe također su različiti.Za potrebe pumpanja vlaknastog lasera, ako se odabere izvor pumpe izrađen od gore navedenih čipova različite svjetline, težina i volumen vlaknastog lasera iste snage potpuno su različiti, a konfiguracija sustava vodenog hlađenja također je različita. dosta drugačiji.
Visoka učinkovitost, mala veličina i mala težina neizbježni su trendovi u razvoju budućih laserskih izvora svjetlosti (bilo da se radi o diodnim laserima, laserima u čvrstom stanju ili laserima s vlaknima), a svjetlina, učinkovitost i snaga poluvodičkih čipova igraju odlučujuću ulogu u tome .
Lagan, visoke svjetline, izvor pumpe velike snage
Kako bismo se prilagodili kombiniraču vlakana, odabrali smo uobičajene specifikacije vlakana: 135μm NA0.22 i 220μm NA0.22.Optički dizajn dvaju izvora pumpe prihvaća gust prostorni raspored i kombiniranje polarizacijske zrake.
Među njima, 420WLD usvaja 3.75W/mm*mrad@15W čip i 135μm NA0.22 vlakno, i ima VBG zaključavanje valne duljine, što zadovoljava zahtjeve 30-100% zaključavanja vala snage, a elektro-optička učinkovitost je 41% .Tijelo LD-a izrađeno je od materijala od legure aluminija i sendvič strukture [5].Gornji i donji čipovi dijele kanal za vodeno hlađenje, što poboljšava iskoristivost prostora.Raspored svjetlosnih točaka, spektar i izlazna snaga (snaga u vlaknu) prikazani su na slici:
*420W@135μm NA0,22 LD
Odabrali smo 6 LD-ova za ispitivanja visokotemperaturnih udara i vibracija.Podaci ispitivanja su sljedeći:
*Test udarca na visoke i niske temperature
*Test vibracija
1000WLD koristi 3W/mm*mrad@30W čip i 220μm NA0.22 vlakno, čime se postiže 915nm i 976nm vlakno spregnuti izlaz od 1000W, respektivno, a elektro-optička učinkovitost je >44%.Tijelo LD-a također je izrađeno od materijala od aluminijske legure.Kako bi se postigao veći omjer snage i mase, LD školjka je pojednostavljena pod uvjetom da se osigura strukturna čvrstoća.LD kvaliteta, raspored točaka i izlazna snaga (snaga u vlaknu) su sljedeći:
*1000W@220μm NA0,22 LD
Kako bi se poboljšala pouzdanost izvora pumpe, spojno vlakno na kraju usvaja tehnologiju fuzije kvarcne završne kapice i tehnologiju filtriranja svjetla, što čini temperaturu vlakna izvan izvora pumpe blizu sobne temperature.Šest 976nmLDs je odabrano za visoke i niske temperature šoka i ispitivanja vibracija.Rezultati ispitivanja su sljedeći:
*Test udarca na visoke i niske temperature
*Test udarca na visoke i niske temperature
*Test vibracija
Zaključak
Postizanje izlaza visoke svjetline dolazi nauštrb elektrooptičke učinkovitosti, to jest, najveća izlazna snaga i najveća elektrooptička učinkovitost ne mogu se postići u isto vrijeme, što je određeno svjetlinom čipa i normaliziranom frekvencijom sprezanja vlakno.U tehnologiji kombiniranja prostornog snopa s više i jednom cijevi, svjetlina i učinkovitost uvijek su ciljevi koji se ne mogu postići u isto vrijeme.Ravnotežu elektrooptičke učinkovitosti i snage treba odrediti prema specifičnoj primjeni.
Reference
[1] Mller Friedrich, Krmer Ria G., Matzdorf Christian, et al, "Multi-kW analiza performansi Yb-dopiranog monolitnog jednomodnog pojačala i oscilatora", Fiber Lasers XVI: Technology and Systems (2019).
[2] Gapontsev V, Fomin V, Ferin A, et al, "Difrakcijski ograničeni ultra-high-power vlaknasti laseri," Advanced Solid-state Photonics (2010).
[3] Haoxing Lin, Li Ni, Kun Peng, et al, "Kineski YDF laser s dopiranim vlaknima domaće proizvodnje postigao je izlaznu snagu od 20kW iz jednog vlakna," Chinese Journal of Lasers, 48(09),(2021).
[4] Cong Gao, Jiangyun Dai, Fengyun Li, et al, "Domaće aluminofosfosilikatno vlakno dopirano iterbijem od 10 kW za tandemsko pumpanje", Kineski časopis za lasere, 47(3), (2020.).
[5] Dan Xu, Zhijie Guo, Tujia Zhang, et al, "Izvor pumpanja diodnog lasera visoke svjetline od 600 W", Spie Laser, 1008603, (2017).
[6] Dan Xu, Zhijie Guo, Di Ma, et al, "Izravni diodni laser visoke svjetline KW klase," Tehnologija diodnog lasera velike snage XVI, Tehnologija diodnog lasera velike snage XVI, (2018.).
Osnovan 2003., BWT je globalni pružatelj usluga laserskih rješenja.S misijom "Let the Dream Drive the Light" i vrijednostima "Outstanding Innovation", tvrtka je predana stvaranju boljih laserskih proizvoda i pružanju diodnih lasera, lasera s vlaknima, ultrabrzih laserskih proizvoda i rješenja za globalne kupce.Do sada više od 10 milijuna BWT lasera radi stabilno online u više od 70 zemalja i regija diljem svijeta.
Vrijeme objave: 11. svibnja 2022