• head_banner_01

BWT navrhla teorii hustého prostorového uspořádání (DSBC) a ověřila správnost DSBC experimentem s kilowattovým čerpadlem.V současné době byl výkon jedné trubice zvýšen na 15W-30W@BPP≈5-12mm*mrad a elektrooptická účinnost je >60 %, což umožňuje vysokovýkonnému čerpadlu spojenému s výstupem z vlákna udržovat vysokou výstup jasu při snížení objemu, Je možné snížit hmotnost a zlepšit účinnost elektro-optické konverze.

Pomocí současného čipu společnost BWT realizovala čerpadlový zdroj s průměrem jádra 135 μm NA0.22 výstup s vlákny 420 W se zablokováním na 976 nm, kvalita ≈ 500 g;a průměr jádra 220μm NA0.22 vláknem spojený výstup 1000W jediná vlnová délka 976nm (nebo 915nm), kvalita ≈ 400g zdroj pumpy.

V budoucnu se zlepšením jasu polovodičových čipů a elektrooptické účinnosti budou lehké a vysoce výkonné čerpací zdroje hrát nezastupitelnou roli při výrobě maloobjemových vysoce výkonných vláknových laserových světelných zdrojů a budou aktivně podporovat vývoj průmyslových aplikací.

Úvod
Vláknové lasery rychle rostly díky jejich vynikající kvalitě paprsku a flexibilním možnostem rozšíření výkonu (slučovače vláken).V posledních letech jsou jednovidové jednovláknové vláknové lasery omezeny efekty TMI (transverse mode instability) a SRS a výkon polovodičových přímo čerpacích vláknových laserových oscilátorů je omezen na 5 kW.
[1].Laserový zesilovač je také zastaven na 10kW
[2].Ačkoli lze výstupní výkon zvýšit vhodným zvětšením průměru jádra, kvalita výstupního paprsku se také sníží -1.Nicméně požadavek na zlepšení jasu polovodičových zdrojů čerpadel je stále naléhavý.
Požadavky na kvalitu paprsku v aplikacích průmyslového zpracování nemusí být nutně jednorežimové.Aby se zvýšil výkon jednoho vlákna, je povoleno několik režimů nízkého řádu.Až dosud málorežimové jednovláknové a paprskové kombinované multimódové laserové světelné zdroje založené na 976nm čerpání více než 5 kW S dávkovými aplikacemi (zejména řezání a svařování kovových materiálů), výroba odpovídajících vysoce výkonných čerpacích zdrojů je také dávkově upraven.
Menší, lehčí a stabilnější
Vztah mezi polovodičovým čipem BPP a jasem zdroje čerpadla
Před třemi lety byla svítivost čipů 9xxnm většinou na úrovni 3W/mm*mrad@12W-100μm šířka pásku & 2W/mm*mrad@18W-200μm šířka pásku.Na základě těchto čipů dosahuje BWT 600W a 1000W 200μm NA0.22 vláknově spřaženého výstupu-1.
V současné době dosahuje jas čipů 9xxnm šířky pásku 3,75 W/mm*mrad@15W-100μm a šířky pásku 3W/mm*mrad@30W-230μm a elektrooptická účinnost se v zásadě udržuje kolem 60 %.
Podle teorie hustého prostorového uspořádání [6] se počítá podle průměrné účinnosti spojování vláken 78 % (vyzařování laseru z čipu na výstup spojky vlákna: kombinování prostorového svazku jedné vlnové délky a kombinování polarizačního svazku bez VBG), a předpokládá se, že čip pracuje na nejvyšší výkon (BPP čipu se liší při různých proudech), sestavili jsme datovou mapu takto:

vysoký (1)

* Jas čipu versus rozdílný průměr jádra vláknové spojky Výstupní výkon

Z výše uvedeného obrázku lze zjistit, že když určité vlákno (průměr jádra a NA je fixní) dosáhne specifického výkonu vazebního výkonu, u čipů s různým jasem je počet čipů jiný a objem a hmotnost zdroje čerpadla jsou také odlišné.Pro požadavky na čerpání vláknového laseru, pokud je vybrán zdroj čerpadla vyrobený z výše uvedených čipů s různým jasem, hmotnost a objem vláknového laseru stejného výkonu jsou zcela odlišné a konfigurace systému vodního chlazení je také trochu jiný.
Vysoká účinnost, malé rozměry a nízká hmotnost jsou nevyhnutelnými trendy ve vývoji budoucích laserových světelných zdrojů (ať už diodových laserů, pevnolátkových laserů nebo vláknových laserů), přičemž rozhodující roli v tom hraje jas, účinnost a výkon polovodičových čipů. .
Lehký zdroj s vysokým jasem a vysokým výkonem
Abychom se přizpůsobili slučovači vláken, vybrali jsme běžné specifikace vláken: 135μm NA0.22 a 220μm NA0.22.Optický design dvou čerpacích zdrojů využívá husté prostorové uspořádání a kombinaci polarizačního paprsku.
Mezi nimi 420WLD přijímá čip 3,75W/mm*mrad@15W a vlákno NA0.22 135μm a má uzamčení vlnové délky VBG, které splňuje požadavky na 30-100% uzamčení výkonových vln a elektrooptická účinnost je 41% .Tělo LD je vyrobeno z hliníkové slitiny a sendvičové struktury [5].Horní a spodní třísky sdílejí kanál vodního chlazení, což zlepšuje využití prostoru.Uspořádání světelných bodů, spektrum a výkon (výkon ve vláknu) jsou znázorněny na obrázku:

vysoký (2)
*420W@135μm NA0,22 LD

Vybrali jsme 6 LD pro vysoko a nízkoteplotní rázové a vibrační testy.Data testu jsou následující:

vysoká (3)
* Test nárazu při vysoké a nízké teplotě

vysoká (4)
* Vibrační test

1000WLD využívá čip 3W/mm*mrad@30W a 220μm vlákno NA0.22, které dosahuje 915nm a 976nm vláknově spřaženého výkonu 1000W v tomto pořadí a elektrooptická účinnost je >44%.Tělo LD je také vyrobeno z hliníkové slitiny.Za účelem dosažení vyššího poměru výkonu k hmotnosti byl plášť LD zjednodušen pod podmínkou zajištění strukturální pevnosti.Kvalita LD, uspořádání bodů a výstupní výkon (výkon ve vláknu) jsou následující:

vysoká (5)
*1000W@220μm NA0,22 LD

Aby se zlepšila spolehlivost zdroje čerpadla, používá koncové vlákno spojky technologii fúze křemenné koncovky a technologie filtrování světla na plášti, díky čemuž se teplota vlákna mimo zdroj čerpadla blíží pokojové teplotě.Šest 976nmLD bylo vybráno pro vysoko a nízkoteplotní šokové a vibrační testy.Výsledky testu jsou následující:

vysoká (6)
* Test nárazu při vysoké a nízké teplotě
* Test nárazu při vysoké a nízké teplotě

vysoká (7)
* Vibrační test

Závěr
Dosažení vysokého jasového výstupu je na úkor elektrooptické účinnosti, to znamená, že nejvyšší výstupní výkon a nejvyšší elektrooptická účinnost nelze dosáhnout současně, což je určeno jasem čipu a normalizovanou frekvencí spojky. vlákno.V technologii kombinování prostorového paprsku s jednou trubkou jsou jas a účinnost vždy cíle, kterých nelze dosáhnout současně.Rovnováha elektrooptické účinnosti a výkonu by měla být stanovena podle konkrétní aplikace.

Reference
[1] Mller Friedrich, Krmer Ria G., Matzdorf Christian a kol., „Multi-kW výkonnostní analýza Yb-dopovaného monolitického jednovidového zesilovače a nastavení oscilátoru“, 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., „Čínský vláknový laser dopovaný YDF v tuzemsku dosáhl výkonu 20 kW z jednoho vlákna,“ Chinese Journal of Lasers, 48(09),(2021).
[4] Cong Gao, Jiangyun Dai, Fengyun Li a kol., „Domácí 10kW aluminofosfosilikátové vlákno dopované ytterbiem pro tandemové čerpání“, Chinese Journal of Lasers, 47(3), (2020).
[5] Dan Xu, Zhijie Guo, Tujia Zhang a kol., "600W vysoce jasový diodový laserový čerpací zdroj," Spie Laser, 1008603, (2017).
[6] Dan Xu, Zhijie Guo, Di Ma a kol., „Přímý diodový laser třídy KW s vysokým jasem“, Technologie vysoce výkonných diodových laserů XVI, Technologie vysoce výkonných diodových laserů XVI, (2018).
Společnost BWT byla založena v roce 2003 a je globálním poskytovatelem služeb laserových řešení.S posláním „Let the Dream Drive the Light“ a hodnotami „Outstanding Innovation“ se společnost zavázala vytvářet lepší laserové produkty a poskytovat diodové lasery, vláknové lasery, ultrarychlé laserové produkty a řešení pro globální zákazníky.Dosud více než 10 milionů BWT laserů stabilně běží online ve více než 70 zemích a regionech po celém světě.


Čas odeslání: 11. května 2022