• head_banner_01

BWT har foreslået teorien om tæt rumlig arrangement (DSBC) og verificeret rigtigheden af ​​DSBC gennem eksperimentet med kilowatt-niveau pumpekilde.På nuværende tidspunkt er effekten af ​​et enkelt rør blevet øget til 15W-30W@BPP≈5-12mm*mrad, og den elektro-optiske effektivitet er >60%, hvilket gør det muligt for højeffektpumpekilden kombineret med fiberudgang at opretholde høj lysstyrkeoutput samtidig med at volumen reduceres. Det er muligt at reducere vægten og forbedre den elektro-optiske konverteringseffektivitet.

Ved hjælp af den nuværende chip har BWT henholdsvis realiseret en pumpekilde med en kernediameter på 135μm NA0.22 fiberkoblet udgang 420W bølgelængdelåst ved 976nm, kvalitet ≈ 500g;og en kernediameter på 220μm NA0.22 fiberkoblet output 1000W enkelt bølgelængde 976nm (eller 915nm), kvalitet ≈ 400g pumpekilde.

I fremtiden, med forbedringen af ​​halvlederchips lysstyrke og elektro-optisk effektivitet, vil letvægts- og højeffektpumpekilder spille en uerstattelig rolle i fremstillingen af ​​lille volumen højeffektfiberlaserlyskilder og vil aktivt fremme udviklingen af industrielle applikationer.

Introduktion
Fiberlasere er vokset hurtigt på grund af deres fremragende strålekvalitet og fleksible effektudvidelsesmuligheder (fiberkombinere).I de seneste år er single-mode enkeltfiberfiberlasere begrænset af TMI (transversal mode instability) og SRS-effekter, og effekten af ​​halvleder direkte pumpende fiberlaseroscillatorer er begrænset til 5kW
[1].Laserforstærkeren er også stoppet ved 10kW
[2].Selvom udgangseffekten kan øges ved passende at øge kernediameteren, falder udgangsstrålekvaliteten også -1.Ikke desto mindre er efterspørgslen efter forbedring af lysstyrken af ​​halvlederpumpekilder stadig presserende.
Kravene til strålekvalitet i industrielle behandlingsapplikationer er ikke nødvendigvis single-mode.For at øge styrken af ​​enkeltfiber er nogle få lavordenstilstande tilladt.Indtil nu, få-mode enkeltfiber og stråle-kombinerede multi-mode laserlyskilder baseret på 976nm pumpning på mere end 5kW Med batch-applikationer (hovedsageligt skæring og svejsning af metalmaterialer), produktion af tilsvarende højeffektpumpekilder er også batch-skaleret.
Mindre, lettere og mere stabil
Forholdet mellem halvlederchippen BPP og lysstyrken af ​​pumpekilden
For tre år siden var lysstyrken på 9xxnm chips for det meste på niveauet 3W/mm*mrad@12W-100μm strimmelbredde og 2W/mm*mrad@18W-200μm strimmelbredde.Baseret på sådanne chips opnår BWT 600W og 1000W 200μm NA0.22 fiberkoblet output-1.
På nuværende tidspunkt har lysstyrken af ​​9xxnm-chips opnået 3,75W/mm*mrad@15W-100μm strimmelbredde og 3W/mm*mrad@30W-230μm strimmelbredde, og den elektro-optiske effektivitet holdes stort set på omkring 60%.
Ifølge teorien om tæt rumlig arrangement [6] beregnes den i henhold til den gennemsnitlige fiberkoblingseffektivitet på 78% (laseremission fra chippen til fiberkoblingsoutput: enkeltbølgelængde rumlig strålekombinering og polarisationsstrålekombinering uden VBG), og det antages, at chippen arbejder med den højeste effekt (chippen BPP er forskellig ved forskellige strømme), vi har udarbejdet et datakort som følger:

høj (1)

* Chiplysstyrke vs. forskellig kernediameter Fiberkoblings udgangseffekt

Det kan ses fra ovenstående figur, at når en bestemt fiber (kernediameter og NA er fast) opnår en specifik effektkoblingsudgang, for chips med forskellig lysstyrke, er antallet af chips forskelligt, og volumen og vægt af pumpekilden er også forskellige.For fiberlaserens pumpekrav, hvis pumpekilden lavet af ovennævnte chips med forskellig lysstyrke er valgt, er vægten og volumen af ​​fiberlaseren med samme effekt helt anderledes, og konfigurationen af ​​vandkølesystemet er også ret anderledes.
Høj effektivitet, lille størrelse og lav vægt er de uundgåelige tendenser i udviklingen af ​​fremtidige laserlyskilder (uanset om det er diodelasere, solid-state lasere eller fiberlasere), og lysstyrken, effektiviteten og kraften af ​​halvlederchips spiller en afgørende rolle i det .
Letvægts, høj lysstyrke, høj effekt pumpekilde
For at tilpasse os fiberkombineren valgte vi almindelige fiberspecifikationer: 135μm NA0.22 og 220μm NA0.22.Det optiske design af de to pumpekilder anvender tæt rumligt arrangement og polarisationsstrålekombination.
Blandt dem vedtager 420WLD 3,75W/mm*mrad@15W-chip og 135μm NA0.22-fiber og har VBG-bølgelængdelåsning, som opfylder kravene til 30-100% effektbølgelåsning, og den elektro-optiske effektivitet er 41% .LD-legemet er lavet af aluminiumslegeringsmateriale og sandwichstruktur [5].De øvre og nedre spåner deler vandkølekanalen, hvilket forbedrer pladsudnyttelsen.Lysplet-arrangementet, spektrum og effekt (effekt i fiberen) er vist på figuren:

høj (2)
*420W@135μm NA0.22 LD

Vi udvalgte 6 LD'er til høj- og lavtemperaturstød- og vibrationstest.Testdataene er som følger:

høj (3)
* Høj og lav temperatur slagtest

høj (4)
*Vibrationstest

1000WLD anvender en 3W/mm*mrad@30W-chip og en 220μm NA0.22-fiber, som opnår henholdsvis 915nm og 976nm fiberkoblet output på 1000W, og den elektro-optiske effektivitet er >44%.LD-huset er også lavet af aluminiumslegeringsmateriale.For at forfølge et højere effekt-til-masse-forhold er LD-skallen blevet forenklet under forudsætning af at sikre den strukturelle styrke.LD-kvaliteten, spotarrangementet og udgangseffekten (effekt i fiberen) er som følger:

høj (5)
*1000W@220μm NA0.22 LD

For at forbedre pumpekildens pålidelighed anvender koblingsendefiberen kvarts endehættefusion og beklædningslysfiltreringsteknologi, som gør fiberens temperatur uden for pumpekilden nær stuetemperatur.Seks 976nmLD'er blev udvalgt til høj- og lavtemperaturstød- og vibrationstest.Testresultaterne er som følger:

høj (6)
* Høj og lav temperatur slagtest
* Høj og lav temperatur slagtest

høj (7)
*Vibrationstest

Konklusion
At opnå høj lysstyrkeoutput kommer på bekostning af elektro-optisk effektivitet, det vil sige, den højeste udgangseffekt og den højeste elektro-optiske effektivitet kan ikke opnås på samme tid, hvilket bestemmes af chiplysstyrken og den normaliserede frekvens af koblingen fiber.I multi-enkeltrørs rumlig strålekombinationsteknologi er lysstyrke og effektivitet altid de mål, der ikke kan nås på samme tid.Balancen mellem elektro-optisk effektivitet og effekt bør bestemmes i henhold til den specifikke applikation.

Referencer
[1] Mller Friedrich, Krmer Ria G., Matzdorf Christian, et al, "Multi-kW ydeevneanalyse af Yb-dopet monolitisk single-mode forstærker og oscillator opsætning," 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, "Kinas indenlandsk producerede YDF-doterede fiberlaser opnåede 20 kW output fra en enkelt fiber," Chinese Journal of Lasers, 48(09),(2021).
[4] Cong Gao, Jiangyun Dai, Fengyun Li, et al, "Hjemmelavet 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 høj lysstyrke diode laser pumpekilde," Spie Laser, 1008603, (2017).
[6] Dan Xu, Zhijie Guo, Di Ma, et al, "Høj lysstyrke KW-klasse direkte diode laser," High-power Diode Laser Technology XVI, High-Power Diode Laser Technology XVI, (2018).
BWT blev grundlagt i 2003 og er en global udbyder af laserløsninger.Med missionen "Let the Dream Drive the Light" og værdierne "Outstanding Innovation", er virksomheden forpligtet til at skabe bedre laserprodukter og levere diodelasere, fiberlasere, ultrahurtige laserprodukter og løsninger til globale kunder.Indtil nu kører mere end 10 millioner BWT-lasere stabilt online i mere end 70 lande og regioner rundt om i verden.


Indlægstid: 11. maj 2022