• head_banner_01

BWT ha proposat la teoria de l'ordenació espacial densa (DSBC) i ha verificat la correcció de DSBC mitjançant l'experiment de font de bomba a nivell de quilowatts.En l'actualitat, la potència d'un sol tub s'ha augmentat a 15W-30W@BPP≈5-12mm*mrad i l'eficiència electro-òptica és > 60%, cosa que permet que la font de bomba d'alta potència juntament amb la sortida de fibra mantingui un alt nivell. sortida de brillantor mentre es redueix el volum, és possible reduir el pes i millorar l'eficiència de conversió electro-òptica.

Utilitzant el xip actual, BWT ha realitzat respectivament una font de bomba amb un diàmetre central de 135 μm de sortida acoblada a fibra NA0.22 de 420 W de longitud d'ona bloquejada a 976 nm, qualitat ≈ 500 g;i un diàmetre del nucli de 220 μm de sortida acoblada a fibra NA0.22 1000 W de longitud d'ona única 976 nm (o 915 nm), qualitat ≈ font de bomba de 400 g.

En el futur, amb la millora de la brillantor dels xips de semiconductors i de l'eficiència electroòptica, les fonts de bombes lleugeres i d'alta potència tindran un paper insubstituïble en la fabricació de fonts de llum làser de fibra d'alta potència de petit volum i promouran activament el desenvolupament. d'aplicacions industrials.

Introducció
Els làsers de fibra han crescut ràpidament a causa de la seva excel·lent qualitat de feix i capacitats d'expansió de potència flexibles (combinadors de fibra).En els darrers anys, els làsers de fibra única monomode estan limitats pels efectes TMI (inestabilitat en mode transversal) i SRS, i la potència dels oscil·ladors làser de fibra de bombeig directe de semiconductors està limitada a 5 kW
[1].L'amplificador làser també s'atura a 10 kW
[2].Tot i que la potència de sortida es pot augmentar augmentant adequadament el diàmetre del nucli, la qualitat del feix de sortida també disminueix -1.No obstant això, la demanda de millorar la brillantor de les fonts de bombes de semiconductors encara és urgent.
Els requisits per a la qualitat del feix en aplicacions de processament industrial no són necessàriament monomode.Per augmentar la potència de la fibra única, es permeten alguns modes d'ordre baix.Fins ara, fonts de llum làser multimode combinades de fibra única i feix de pocs modes basades en un bombeig de 976 nm de més de 5 kW Amb aplicacions per lots (principalment tall i soldadura de materials metàl·lics), la producció de fonts de bombes d'alta potència corresponents també s'escala per lots.
Més petit, més lleuger i més estable
La relació entre el xip semiconductor BPP i la brillantor de la font de la bomba
Fa tres anys, la brillantor dels xips de 9xxnm era majoritàriament al nivell de 3W/mm*mrad@12W-100μm d'amplada de tira i 2W/mm*mrad@18W-200μm d'amplada de tira.A partir d'aquests xips, BWT aconsegueix 600W i 1000W 200μm NA0.22 sortida acoblada a fibra-1.
Actualment, la brillantor dels xips de 9xxnm ha aconseguit una amplada de tira de 3,75 W/mm*mrad@15W-100μm i una amplada de tira de 3W/mm*mrad@30W-230μm, i l'eficiència electroòptica es manté bàsicament al voltant del 60%.
Segons la teoria de la disposició espacial densa [6], es calcula segons l'eficiència mitjana d'acoblament de fibres del 78% (emissió làser del xip a la sortida d'acoblament de fibra: combinació de feix espacial d'una sola longitud d'ona i combinació de feix de polarització sense VBG), i se suposa que el xip funciona a la potència més alta (el xip BPP és diferent a diferents corrents), hem compilat un mapa de dades de la següent manera:

alt (1)

* Brillantor del xip VS potència de sortida de l'acoblament de fibra de diàmetre del nucli diferent

A la figura anterior es pot trobar que quan una determinada fibra (diàmetre del nucli i NA està fixat) aconsegueix una sortida d'acoblament de potència específica, per a xips amb brillantor diferent, el nombre de xips és diferent i el volum i el pes de la font de la bomba també són diferents.Per als requisits de bombeig del làser de fibra, si es selecciona la font de bomba feta dels xips anteriors amb una brillantor diferent, el pes i el volum del làser de fibra de la mateixa potència són completament diferents i la configuració del sistema de refrigeració d'aigua també és Bastant diferent.
L'alta eficiència, la mida petita i el pes lleuger són les tendències inevitables en el desenvolupament de futures fonts de llum làser (ja siguin làsers de díode, làsers d'estat sòlid o làsers de fibra), i la brillantor, l'eficiència i la potència dels xips de semiconductors hi tenen un paper decisiu. .
Font de bomba lleugera, alta brillantor i alta potència
Per adaptar-nos al combinador de fibres, hem seleccionat les especificacions comunes de fibra: 135μm NA0.22 i 220μm NA0.22.El disseny òptic de les dues fonts de bomba adopta una disposició espacial densa i una combinació de feix de polarització.
Entre ells, el 420WLD adopta un xip de 3,75 W/mm * mrad@15W i una fibra NA0,22 de 135 μm i té un bloqueig de longitud d'ona VBG, que compleix els requisits de bloqueig d'ona de potència del 30-100% i l'eficiència electroòptica és del 41% .El cos LD està fet de material d'aliatge d'alumini i estructura sandvitx [5].Les fitxes superior i inferior comparteixen el canal de refrigeració d'aigua, cosa que millora l'ús de l'espai.La disposició del punt de llum, l'espectre i la potència de sortida (potència a la fibra) es mostren a la figura:

alt (2)
*420W@135μm NA0,22 LD

Hem seleccionat 6 LD per a proves de xoc i vibració a alta i baixa temperatura.Les dades de la prova són les següents:

alt (3)
* Prova d'impacte d'alta i baixa temperatura

alt (4)
*Prova de vibració

El 1000WLD adopta un xip de 3W/mm*mrad@30W i una fibra NA0.22 de 220μm, que aconsegueix una sortida acoblada a fibra de 915nm i 976nm de 1000W respectivament, i l'eficiència electro-òptica és >44%.El cos LD també està fet de material d'aliatge d'alumini.Per aconseguir una relació potència-massa més alta, la carcassa LD s'ha simplificat amb la condició de garantir la resistència estructural.La qualitat del LD, la disposició del punt i la potència de sortida (potència a la fibra) són les següents:

alt (5)
*1000W@220μm NA0.22 LD

Per tal de millorar la fiabilitat de la font de la bomba, la fibra de l'extrem d'acoblament adopta la tecnologia de fusió de la tapa de quars i la tecnologia de filtrat de llum de revestiment, que fa que la temperatura de la fibra fora de la font de la bomba estigui a prop de la temperatura ambient.Es van seleccionar sis 976nmLD per a proves de xoc i vibració a alta i baixa temperatura.Els resultats de la prova són els següents:

alt (6)
* Prova d'impacte d'alta i baixa temperatura
* Prova d'impacte d'alta i baixa temperatura

alt (7)
*Prova de vibració

Conclusió
Aconseguir una sortida d'alta lluminositat es fa a costa de l'eficiència electro-òptica, és a dir, no es poden obtenir al mateix temps la potència de sortida més alta i l'eficiència electro-òptica més alta, que es determina per la brillantor del xip i la freqüència normalitzada de l'acoblament. fibra.En el feix espacial multitub que combina tecnologia, lluminositat i eficiència són sempre els objectius que no es poden assolir al mateix temps.L'equilibri d'eficiència electroòptica i potència s'ha de determinar segons l'aplicació específica.

Referències
[1] Mller Friedrich, Krmer Ria G., Matzdorf Christian, et al, "Anàlisi de rendiment multi-kW de la configuració de l'amplificador i l'oscil·lador monomode monolític dopat amb Yb", 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, "El làser de fibra dopada YDF produït a la Xina va aconseguir una producció de 20 kW d'una sola fibra", Chinese Journal of Lasers, 48 ​​(09), (2021).
[4] Cong Gao, Jiangyun Dai, Fengyun Li, et al, "Homemade 10-kW 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 high brightness diode laser pumping source", Spie Laser, 1008603, (2017).
[6] Dan Xu, Zhijie Guo, Di Ma, et al, "Làser de díode directe de classe KW d'alta brillantor", Tecnologia làser de díode d'alta potència XVI, Tecnologia làser de díode d'alta potència XVI, (2018).
Fundat el 2003, BWT és un proveïdor global de serveis de solucions làser.Amb la missió de "Let the Dream Drive the Light" i els valors de "Outstanding Innovation", l'empresa es compromet a crear millors productes làser i oferir làsers de díode, làsers de fibra, productes làser ultra ràpids i solucions per a clients globals.Fins ara, més de 10 milions de làsers BWT funcionen de manera estable en línia a més de 70 països i regions d'arreu del món.


Hora de publicació: 11-maig-2022