• head_banner_01

Η BWT πρότεινε τη θεωρία της πυκνής χωρικής διάταξης (DSBC) και επαλήθευσε την ορθότητα του DSBC μέσω του πειράματος της πηγής αντλίας σε επίπεδο κιλοβάτ.Επί του παρόντος, η ισχύς ενός μεμονωμένου σωλήνα έχει αυξηθεί σε 15W-30W@BPP≈5-12mm*mrad και η ηλεκτρο-οπτική απόδοση είναι >60%, γεγονός που επιτρέπει στην πηγή αντλίας υψηλής ισχύος σε συνδυασμό με την έξοδο ινών να διατηρείται σε υψηλά επίπεδα Έξοδος φωτεινότητας ενώ μειώνεται ο όγκος, Είναι δυνατό να μειωθεί το βάρος και να βελτιωθεί η απόδοση ηλεκτρο-οπτικής μετατροπής.

Χρησιμοποιώντας το τρέχον τσιπ, η BWT δημιούργησε αντίστοιχα μια πηγή αντλίας με διάμετρο πυρήνα 135μm NA0.22 συνδεδεμένη με ίνα έξοδο 420W με μήκος κύματος κλειδωμένο στα 976nm, ποιότητα ≈ 500g.και διάμετρος πυρήνα 220μm συζευγμένης ίνας NA0.22 εξόδου 1000W απλού μήκους κύματος 976nm (ή 915nm), ποιότητας ≈ πηγή αντλίας 400g.

Στο μέλλον, με τη βελτίωση της φωτεινότητας των τσιπ ημιαγωγών και της ηλεκτρο-οπτικής απόδοσης, οι ελαφριές και υψηλής ισχύος πηγές αντλιών θα διαδραματίσουν αναντικατάστατο ρόλο στην κατασκευή πηγών φωτός λέιζερ μικρού όγκου υψηλής ισχύος και θα προωθήσουν ενεργά την ανάπτυξη βιομηχανικών εφαρμογών.

Εισαγωγή
Τα λέιζερ ινών έχουν αναπτυχθεί γρήγορα λόγω της εξαιρετικής ποιότητας δέσμης και των ευέλικτων δυνατοτήτων επέκτασης ισχύος (συνδυαστές ινών).Τα τελευταία χρόνια, τα λέιζερ μονής ίνας μονής λειτουργίας περιορίζονται από τα αποτελέσματα TMI (εγκάρσια αστάθεια τρόπου λειτουργίας) και SRS και η ισχύς των ταλαντωτών λέιζερ ινών άμεσης άντλησης ημιαγωγών περιορίζεται στα 5 kW
[1].Ο ενισχυτής λέιζερ σταματά επίσης στα 10 kW
[2].Αν και η ισχύς εξόδου μπορεί να αυξηθεί αυξάνοντας κατάλληλα τη διάμετρο του πυρήνα, η ποιότητα της δέσμης εξόδου μειώνεται επίσης -1.Ωστόσο, η ζήτηση για βελτίωση της φωτεινότητας των πηγών αντλιών ημιαγωγών εξακολουθεί να είναι επείγουσα.
Οι απαιτήσεις για την ποιότητα της δέσμης σε εφαρμογές βιομηχανικής επεξεργασίας δεν είναι απαραιτήτως μονής λειτουργίας.Προκειμένου να αυξηθεί η ισχύς μιας ίνας, επιτρέπονται μερικές λειτουργίες χαμηλής τάξης.Μέχρι τώρα, πηγές φωτός λέιζερ πολλαπλών λειτουργιών μονής ίνας και συνδυασμένης δέσμης, βασισμένες σε άντληση 976 nm άνω των 5 kW Με εφαρμογές παρτίδας (κυρίως κοπή και συγκόλληση μεταλλικών υλικών), παραγωγή αντίστοιχων πηγών αντλίας υψηλής ισχύος είναι επίσης σε κλίμακα παρτίδας.
Μικρότερο, ελαφρύτερο και πιο σταθερό
Η σχέση μεταξύ του τσιπ ημιαγωγού BPP και της φωτεινότητας της πηγής της αντλίας
Πριν από τρία χρόνια, η φωτεινότητα των τσιπ 9xxnm ήταν κυρίως στο επίπεδο των 3W/mm*mrad@12W-100μm πλάτους ταινίας & 2W/mm*mrad@18W-200μm πλάτους ταινίας.Με βάση τέτοια τσιπ, το BWT επιτυγχάνει 600W και 1000W 200μm NA0.22 συνδεδεμένη με ίνα έξοδο-1.
Προς το παρόν, η φωτεινότητα των τσιπ 9xxnm έχει επιτύχει 3,75W/mm*mrad@15W-100μm πλάτος λωρίδας & 3W/mm*mrad@30W-230μm πλάτος λωρίδας και η ηλεκτρο-οπτική απόδοση διατηρείται βασικά περίπου στο 60%.
Σύμφωνα με τη θεωρία της πυκνής χωρικής διάταξης [6], υπολογίζεται σύμφωνα με τη μέση απόδοση σύζευξης ινών 78% (εκπομπή λέιζερ από το τσιπ στην έξοδο σύζευξης ινών: συνδυασμός χωρικής δέσμης μονού μήκους κύματος και συνδυασμός δέσμης πόλωσης χωρίς VBG), και υποτίθεται ότι το τσιπ λειτουργεί με την υψηλότερη ισχύ (Το chip BPP είναι διαφορετικό σε διαφορετικά ρεύματα), έχουμε συντάξει έναν χάρτη δεδομένων ως εξής:

υψηλό (1)

* Φωτεινότητα τσιπ VS Ισχύς εξόδου σύζευξης ινών διαφορετικής διαμέτρου πυρήνα

Μπορεί να βρεθεί από το παραπάνω σχήμα ότι όταν μια συγκεκριμένη ίνα (διάμετρος πυρήνα και NA είναι σταθερή) επιτυγχάνει μια συγκεκριμένη έξοδο σύζευξης ισχύος, για τσιπ με διαφορετική φωτεινότητα, ο αριθμός των τσιπ είναι διαφορετικός και ο όγκος και το βάρος της πηγής αντλίας είναι επίσης διαφορετικά.Για τις απαιτήσεις άντλησης του λέιζερ ινών, εάν επιλεγεί η πηγή αντλίας από τα παραπάνω τσιπ με διαφορετική φωτεινότητα, το βάρος και ο όγκος του λέιζερ ινών ίδιας ισχύος είναι εντελώς διαφορετικά και η διαμόρφωση του συστήματος ψύξης νερού είναι επίσης αρκετά διαφορετικό.
Η υψηλή απόδοση, το μικρό μέγεθος και το μικρό βάρος είναι οι αναπόφευκτες τάσεις στην ανάπτυξη μελλοντικών πηγών φωτός λέιζερ (είτε λέιζερ διόδου, λέιζερ στερεάς κατάστασης είτε λέιζερ ινών) και η φωτεινότητα, η απόδοση και η ισχύς των τσιπ ημιαγωγών παίζουν καθοριστικό ρόλο σε αυτό. .
Ελαφριά, υψηλή φωτεινότητα, πηγή αντλίας υψηλής ισχύος
Για να προσαρμοστούμε στον συνδυαστή ινών, επιλέξαμε κοινές προδιαγραφές ινών: 135μm NA0.22 και 220μm NA0.22.Ο οπτικός σχεδιασμός των δύο πηγών αντλίας υιοθετεί πυκνή χωρική διάταξη και συνδυασμό δέσμης πόλωσης.
Μεταξύ αυτών, το 420WLD υιοθετεί τσιπ 3,75W/mm*mrad@15W και ίνα 135μm NA0,22 και έχει κλείδωμα μήκους κύματος VBG, το οποίο πληροί τις απαιτήσεις κλειδώματος κυμάτων ισχύος 30-100% και η ηλεκτρο-οπτική απόδοση είναι 41% .Το σώμα LD είναι κατασκευασμένο από υλικό κράματος αλουμινίου και δομή σάντουιτς [5].Το πάνω και το κάτω τσιπ μοιράζονται το κανάλι ψύξης νερού, το οποίο βελτιώνει τη χρήση του χώρου.Η διάταξη φωτεινών κηλίδων, το φάσμα και η ισχύς εξόδου (ισχύς στην ίνα) φαίνονται στο σχήμα:

υψηλό (2)
*420W@135μm NA0,22 LD

Επιλέξαμε 6 LD για δοκιμές κραδασμών και κραδασμών υψηλής και χαμηλής θερμοκρασίας.Τα δεδομένα της δοκιμής είναι τα εξής:

υψηλό (3)
*Δοκιμή κρούσης υψηλής και χαμηλής θερμοκρασίας

υψηλό (4)
*Δοκιμή κραδασμών

Το 1000WLD υιοθετεί ένα τσιπ 3W/mm*mrad@30W και μια ίνα NA0.22 220μm, η οποία επιτυγχάνει 915nm και 976nm συζευγμένη με ίνα έξοδο 1000W αντίστοιχα, και η ηλεκτρο-οπτική απόδοση είναι >44%.Το σώμα LD είναι επίσης κατασκευασμένο από υλικό κράματος αλουμινίου.Προκειμένου να επιδιωχθεί υψηλότερος λόγος ισχύος προς μάζα, το κέλυφος LD έχει απλοποιηθεί υπό τον όρο της διασφάλισης της δομικής αντοχής.Η ποιότητα LD, η διάταξη σημείων και η ισχύς εξόδου (ισχύς στην ίνα) είναι οι εξής:

υψηλό (5)
*1000W@220μm NA0,22 LD

Προκειμένου να βελτιωθεί η αξιοπιστία της πηγής αντλίας, η ίνα άκρου ζεύξης υιοθετεί τεχνολογία τήξης τελικού καλύμματος χαλαζία και φιλτραρίσματος φωτός επένδυσης, η οποία κάνει τη θερμοκρασία της ίνας έξω από την πηγή της αντλίας κοντά σε θερμοκρασία δωματίου.Επιλέχθηκαν έξι 976nmLD για δοκιμές κραδασμών και κραδασμών υψηλής και χαμηλής θερμοκρασίας.Τα αποτελέσματα των δοκιμών είναι τα εξής:

υψηλό (6)
*Δοκιμή κρούσης υψηλής και χαμηλής θερμοκρασίας
*Δοκιμή κρούσης υψηλής και χαμηλής θερμοκρασίας

υψηλό (7)
*Δοκιμή κραδασμών

συμπέρασμα
Η επίτευξη υψηλής φωτεινότητας εξόδου έρχεται σε βάρος της ηλεκτρο-οπτικής απόδοσης, δηλαδή, η υψηλότερη ισχύς εξόδου και η υψηλότερη ηλεκτροοπτική απόδοση δεν μπορούν να ληφθούν ταυτόχρονα, η οποία καθορίζεται από τη φωτεινότητα του τσιπ και την κανονικοποιημένη συχνότητα της ζεύξης ίνα.Στη χωρική δέσμη πολλαπλών σωλήνων που συνδυάζει την τεχνολογία, η φωτεινότητα και η αποτελεσματικότητα είναι πάντα οι στόχοι που δεν μπορούν να επιτευχθούν ταυτόχρονα.Η ισορροπία ηλεκτρο-οπτικής απόδοσης και ισχύος θα πρέπει να προσδιορίζεται σύμφωνα με τη συγκεκριμένη εφαρμογή.

βιβλιογραφικές αναφορές
[1] Mller Friedrich, Krmer Ria G., Matzdorf Christian, et al, «Multi-kW performance analysis of Yb-doped monolithic single-mode amplifier and oscillator setup», Fiber Lasers XVI: Technology and Systems (2019).
[2] Gapontsev V, Fomin V, Ferin A, et al, “Diffraction Limited Ultra-High-Power Fiber Lasers”, Advanced Solid-state Photonics (2010).
[3] Haoxing Lin, Li Ni, Kun Peng, et al, «Το εγχώριας παραγωγής λέιζερ ινών YDF με ντοπαρισμένη ίνα πέτυχε ισχύ 20 kW από μία μόνο ίνα», Chinese Journal of Lasers, 48(09), (2021).
[4] Cong Gao, Jiangyun Dai, Fengyun Li, et al, "Homemade 10-kW-Doped Ytterbium-Doped Aluminophosphosilicate Fiber for Tandem Pumping", Chinese Journal of Lasers, 47(3), (2020).
[5] Dan Xu, Zhijie Guo, Tujia Zhang, et al, "600 W highlightness diode laser pumping source," Spie Laser,1008603, (2017).
[6] Dan Xu, Zhijie Guo, Di Ma, et al, "High brightness KW-class direct diode laser," High-power Diode Laser Technology XVI, High-Power Diode Laser Technology XVI, (2018).
Η BWT, η οποία ιδρύθηκε το 2003, είναι ένας παγκόσμιος πάροχος υπηρεσιών λύσεων λέιζερ.Με την αποστολή "Let the Dream Drive the Light" και τις αξίες της "Εξαιρετικής Καινοτομίας", η εταιρεία δεσμεύεται να δημιουργήσει καλύτερα προϊόντα λέιζερ και να παρέχει λέιζερ διόδου, λέιζερ ινών, προϊόντα λέιζερ εξαιρετικά γρήγορα και λύσεις για παγκόσμιους πελάτες.Μέχρι τώρα, περισσότερα από 10 εκατομμύρια λέιζερ BWT λειτουργούν σταθερά στο διαδίκτυο σε περισσότερες από 70 χώρες και περιοχές σε όλο τον κόσμο.


Ώρα δημοσίευσης: 11 Μαΐου 2022