BWT telah mencadangkan teori susunan ruang padat (DSBC) dan mengesahkan ketepatan DSBC melalui eksperimen sumber pam aras kilowatt.Pada masa ini, kuasa tiub tunggal telah ditingkatkan kepada 15W-30W@BPP≈5-12mm*mrad dan kecekapan elektro-optik ialah>60%, yang membolehkan sumber pam berkuasa tinggi ditambah dengan output gentian mengekalkan tinggi output kecerahan sambil mengurangkan kelantangan, Ia adalah mungkin untuk mengurangkan berat dan meningkatkan kecekapan penukaran elektro-optik.
Menggunakan cip semasa, BWT masing-masing telah merealisasikan sumber pam dengan diameter teras 135μm NA0.22 output berganding gentian 420W panjang gelombang dikunci pada 976nm, kualiti ≈ 500g;dan diameter teras 220μm NA0.22 gentian berganding output 1000W panjang gelombang tunggal 976nm (atau 915nm), kualiti ≈ 400g sumber pam.
Pada masa hadapan, dengan peningkatan kecerahan cip semikonduktor dan kecekapan elektro-optik, sumber pam ringan dan berkuasa tinggi akan memainkan peranan yang tidak boleh diganti dalam pembuatan sumber cahaya laser gentian kuasa tinggi volum kecil, dan akan secara aktif mempromosikan pembangunan daripada aplikasi perindustrian.
pengenalan
Laser gentian telah berkembang pesat kerana kualiti pancaran yang sangat baik dan keupayaan pengembangan kuasa yang fleksibel (penggabung gentian).Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, laser gentian gentian tunggal mod tunggal dihadkan oleh TMI (ketidakstabilan mod melintang) dan kesan SRS, dan kuasa pengayun laser gentian pengepam langsung semikonduktor dihadkan kepada 5kW
[1].Penguat laser juga dihentikan pada 10kW
[2].Walaupun kuasa keluaran boleh ditingkatkan dengan meningkatkan diameter teras dengan sewajarnya, kualiti rasuk keluaran juga berkurangan -1.Namun begitu, permintaan untuk menambah baik kecerahan sumber pam semikonduktor masih mendesak.
Keperluan untuk kualiti rasuk dalam aplikasi pemprosesan industri tidak semestinya mod tunggal.Untuk meningkatkan kuasa gentian tunggal, beberapa mod pesanan rendah dibenarkan.Sehingga kini, sumber cahaya laser berbilang mod gentian tunggal beberapa mod dan pancaran gabungan berdasarkan pengepaman 976nm lebih daripada 5kW Dengan aplikasi kelompok (terutamanya memotong dan mengimpal bahan logam), penghasilan sumber pam kuasa tinggi yang sepadan juga berskala kelompok.
Lebih kecil, lebih ringan dan lebih stabil
Hubungan antara cip semikonduktor BPP dan kecerahan sumber pam
Tiga tahun lalu, kecerahan cip 9xxnm kebanyakannya berada pada tahap 3W/mm*mrad@12W-100μm lebar jalur & 2W/mm*mrad@18W-200μm lebar jalur.Berdasarkan cip tersebut, BWT mencapai 600W dan 1000W 200μm NA0.22 output berganding gentian-1.
Pada masa ini, kecerahan cip 9xxnm telah mencapai 3.75W/mm*mrad@15W-100μm lebar jalur & 3W/mm*mrad@30W-230μm lebar jalur, dan kecekapan elektro-optik pada asasnya dikekalkan sekitar 60%.
Menurut teori susunan ruang padat [6], ia dikira mengikut purata kecekapan gandingan gentian sebanyak 78% (pelepasan laser daripada cip kepada keluaran gandingan gentian: gabungan rasuk spatial panjang gelombang tunggal dan gabungan rasuk polarisasi tanpa VBG), dan diandaikan bahawa cip berfungsi pada kuasa tertinggi ( Cip BPP berbeza pada arus yang berbeza), kami telah menyusun peta data seperti berikut:
* Kecerahan Cip VS Kuasa Output Gandingan Gentian Diameter Teras Berbeza
Ia boleh didapati daripada rajah di atas bahawa apabila gentian tertentu (diameter teras dan NA ditetapkan) mencapai output gandingan kuasa tertentu, untuk cip dengan kecerahan yang berbeza, bilangan cip adalah berbeza, dan isipadu dan berat sumber pam juga berbeza.Untuk keperluan pengepaman laser gentian, jika sumber pam yang diperbuat daripada cip di atas dengan kecerahan yang berbeza dipilih, berat dan isipadu laser gentian kuasa yang sama adalah berbeza sama sekali, dan konfigurasi sistem penyejukan air juga agak berbeza.
Kecekapan tinggi, saiz kecil dan berat ringan adalah trend yang tidak dapat dielakkan dalam pembangunan sumber cahaya laser masa hadapan (sama ada laser diod, laser keadaan pepejal atau laser gentian), dan kecerahan, kecekapan dan kuasa cip semikonduktor memainkan peranan yang menentukan di dalamnya. .
Ringan, kecerahan tinggi, sumber pam kuasa tinggi
Untuk menyesuaikan diri dengan penggabung gentian, kami memilih spesifikasi gentian biasa: 135μm NA0.22 dan 220μm NA0.22.Reka bentuk optik kedua-dua sumber pam menggunakan susunan spatial padat dan gabungan rasuk polarisasi.
Antaranya, 420WLD menggunakan cip 3.75W/mm*mrad@15W dan gentian 135μm NA0.22, dan mempunyai penguncian panjang gelombang VBG, yang memenuhi keperluan penguncian gelombang kuasa 30-100%, dan kecekapan elektro-optik ialah 41% .Badan LD diperbuat daripada bahan aloi aluminium dan struktur sandwic [5].Cip atas dan bawah berkongsi saluran penyejukan air, yang meningkatkan penggunaan ruang.Susunan titik cahaya, spektrum dan output kuasa (kuasa dalam gentian) ditunjukkan dalam rajah:
*420W@135μm NA0.22 LD
Kami memilih 6 LD untuk ujian kejutan dan getaran suhu tinggi dan rendah.Data ujian adalah seperti berikut:
*Ujian kesan suhu tinggi dan rendah
*Ujian getaran
1000WLD menggunakan cip 3W/mm*mrad@30W dan gentian NA0.22 220μm, yang masing-masing mencapai output gandingan gentian 915nm dan 976nm sebanyak 1000W, dan kecekapan elektro-optik ialah >44%.Badan LD juga diperbuat daripada bahan aloi aluminium.Untuk mengejar nisbah kuasa-ke-jisim yang lebih tinggi, cangkerang LD telah dipermudahkan di bawah syarat memastikan kekuatan struktur.Kualiti LD, susunan tempat dan kuasa keluaran (kuasa dalam gentian) adalah seperti berikut:
*1000W@220μm NA0.22 LD
Untuk meningkatkan kebolehpercayaan sumber pam, gentian hujung gandingan menggunakan gabungan penutup hujung kuarza dan teknologi penapisan cahaya pelapisan, yang menjadikan suhu gentian di luar sumber pam menghampiri suhu bilik.Enam 976nmLD dipilih untuk ujian kejutan dan getaran suhu tinggi dan rendah.Keputusan ujian adalah seperti berikut:
*Ujian kesan suhu tinggi dan rendah
*Ujian kesan suhu tinggi dan rendah
*Ujian getaran
Kesimpulan
Mencapai output kecerahan tinggi datang dengan mengorbankan kecekapan elektro-optik, iaitu, kuasa keluaran tertinggi dan kecekapan elektro-optik tertinggi tidak boleh diperoleh pada masa yang sama, yang ditentukan oleh kecerahan cip dan frekuensi normal gandingan serat.Dalam teknologi spatial rasuk berbilang tiub tunggal, kecerahan dan kecekapan sentiasa menjadi matlamat yang tidak boleh dicapai pada masa yang sama.Imbangan kecekapan dan kuasa elektro-optik hendaklah ditentukan mengikut aplikasi khusus.
Rujukan
[1] Mller Friedrich, Krmer Ria G., Matzdorf Christian, et al, "Analisis prestasi berbilang kW bagi penguat mod tunggal monolitik Yb dop dan persediaan pengayun," Fiber Lasers XVI: Teknologi dan Sistem (2019).
[2] Gapontsev V, Fomin V, Ferin A, et al, "Laser Gentian Ultra-Kuasa Tinggi Terhad Difraksi," Fotonik Keadaan Pepejal Lanjutan (2010).
[3] Haoxing Lin, Li Ni, Kun Peng, et al, "Laser gentian terdop YDF yang dihasilkan dalam negara China mencapai output 20kW daripada gentian tunggal," Jurnal Laser Cina, 48(09),(2021).
[4] Cong Gao, Jiangyun Dai, Fengyun Li, et al, "Serat Aluminophosphosilicate Didop Ytterbium 10-kW Buatan Sendiri untuk Pengepam Tandem," Jurnal Laser Cina, 47(3), (2020).
[5] Dan Xu, Zhijie Guo, Tujia Zhang, et al, "sumber pengepaman laser diod kecerahan tinggi 600 W," Spie Laser,1008603,(2017).
[6] Dan Xu, Zhijie Guo, Di Ma, et al, "Laser diod langsung kelas KW kecerahan tinggi," Teknologi Laser Diod Kuasa Tinggi XVI, Teknologi Laser Diod Kuasa Tinggi XVI, (2018).
Ditubuhkan pada tahun 2003, BWT ialah penyedia perkhidmatan penyelesaian laser global.Dengan misi "Let the Dream Drive the Light" dan nilai "Outstanding Innovation", syarikat komited untuk mencipta produk laser yang lebih baik dan menyediakan laser diod, laser gentian, produk laser ultrafast dan penyelesaian untuk pelanggan global.Sehingga kini, lebih 10 juta laser BWT berjalan secara stabil dalam talian di lebih 70 negara dan wilayah di seluruh dunia.
Masa siaran: 11 Mei 2022