BWT ir ierosinājis blīvā telpiskā izkārtojuma (DSBC) teoriju un pārbaudījis DSBC pareizību, eksperimentējot ar kilovatu līmeņa sūkņa avotu.Pašlaik vienas caurules jauda ir palielināta līdz 15W-30W@BPP≈5-12mm*mrad, un elektrooptiskā efektivitāte ir >60%, kas ļauj lielas jaudas sūkņa avotam, kas savienots ar šķiedras izvadi, uzturēt augstu. spilgtuma izvade, vienlaikus samazinot skaļumu, ir iespējams samazināt svaru un uzlabot elektrooptiskās konversijas efektivitāti.
Izmantojot pašreizējo mikroshēmu, BWT ir attiecīgi realizējis sūkņa avotu ar serdes diametru 135 μm NA0.22 šķiedru savienota izeja 420 W viļņa garums bloķēts pie 976 nm, kvalitāte ≈ 500 g;un serdes diametrs 220 μm NA0.22 šķiedras savienota izeja 1000 W viens viļņa garums 976 nm (vai 915 nm), kvalitāte ≈ 400 g sūkņa avots.
Nākotnē, uzlabojot pusvadītāju mikroshēmas spilgtumu un elektrooptisko efektivitāti, vieglajiem un lieljaudas sūkņu avotiem būs neaizstājama loma maza apjoma lieljaudas šķiedras lāzera gaismas avotu ražošanā, un tie aktīvi veicinās attīstību. rūpniecisko lietojumu jomā.
Ievads
Šķiedru lāzeri ir strauji auguši, pateicoties to izcilajai staru kūļa kvalitātei un elastīgajām jaudas paplašināšanas iespējām (šķiedru kombinētājiem).Pēdējos gados vienmoda vienas šķiedras šķiedru lāzerus ierobežo TMI (transversālā režīma nestabilitāte) un SRS efekti, un pusvadītāju tiešās sūknēšanas šķiedru lāzera oscilatoru jauda ir ierobežota līdz 5 kW.
[1].Lāzera pastiprinātājs arī tiek apturēts pie 10kW
[2].Lai gan izejas jaudu var palielināt, atbilstoši palielinot serdes diametru, arī izejas staru kūļa kvalitāte samazinās -1.Tomēr pieprasījums pēc pusvadītāju sūkņu avotu spilgtuma uzlabošanas joprojām ir steidzams.
Prasības attiecībā uz staru kūļa kvalitāti rūpnieciskās apstrādes lietojumos ne vienmēr ir vienmodas.Lai palielinātu vienas šķiedras jaudu, ir atļauti daži zemas kārtas režīmi.Līdz šim dažu režīmu vienšķiedras un staru kūļa kombinēti vairāku režīmu lāzera gaismas avoti, kuru pamatā ir 976 nm vairāk nekā 5 kW sūknēšana Ar sērijveida lietojumiem (galvenokārt metāla materiālu griešana un metināšana), atbilstošu lieljaudas sūkņu avotu ražošana ir arī partijas mērogs.
Mazāks, vieglāks un stabilāks
Attiecība starp pusvadītāju mikroshēmu BPP un sūkņa avota spilgtumu
Pirms trim gadiem 9xxnm mikroshēmu spilgtums lielākoties bija 3W/mm*mrad@12W-100μm lentes platuma un 2W/mm*mrad@18W-200μm sloksnes platuma līmenī.Pamatojoties uz šādām mikroshēmām, BWT sasniedz 600 W un 1000 W 200 μm NA0.22 ar šķiedru savienotu izvadi-1.
Pašlaik 9xxnm mikroshēmu spilgtums ir sasniedzis 3,75 W / mm * mrad@15W-100 μm sloksnes platumu un 3 W / mm * mrad@30W-230 μm sloksnes platumu, un elektrooptiskā efektivitāte pamatā tiek uzturēta aptuveni 60%.
Saskaņā ar blīvā telpiskā izkārtojuma teoriju [6] to aprēķina pēc vidējās šķiedru savienojuma efektivitātes 78% (lāzera emisija no mikroshēmas uz šķiedru savienojuma izvadi: viena viļņa garuma telpiskā stara apvienošana un polarizācijas staru savienošana bez VBG), un tiek pieņemts, ka mikroshēma darbojas ar lielāko jaudu ( Mikroshēma BPP atšķiras pie dažādām strāvām), mēs esam apkopojuši datu karti šādi:
* Mikroshēmas spilgtums VS dažāda serdeņa diametra šķiedras savienojuma izejas jauda
No iepriekš redzamā attēla var secināt, ka tad, kad noteikta šķiedra (serdes diametrs un NA ir fiksēts) sasniedz noteiktu jaudas savienojuma izvadi, dažāda spilgtuma mikroshēmām mikroshēmu skaits ir atšķirīgs, kā arī sūkņa avota tilpums un svars. ir arī dažādas.Šķiedru lāzera sūknēšanas prasībām, ja tiek izvēlēts sūkņa avots, kas izgatavots no iepriekšminētajām mikroshēmām ar atšķirīgu spilgtumu, tādas pašas jaudas šķiedras lāzera svars un tilpums ir pilnīgi atšķirīgs, kā arī ūdens dzesēšanas sistēmas konfigurācija. pavisam savādāk.
Augsta efektivitāte, mazs izmērs un viegls svars ir neizbēgamas tendences nākotnes lāzera gaismas avotu (diožu lāzeru, cietvielu lāzeru vai šķiedru lāzeru) attīstībā, un pusvadītāju mikroshēmu spilgtumam, efektivitātei un jaudai ir izšķiroša nozīme. .
Viegls, augsta spilgtuma, lielas jaudas sūkņa avots
Lai pielāgotos šķiedru kombinatoram, mēs izvēlējāmies parastās šķiedras specifikācijas: 135 μm NA0.22 un 220 μm NA0.22.Abu sūkņa avotu optiskais dizains apvieno blīvu telpisko izkārtojumu un polarizācijas staru kūli.
Tostarp 420WLD izmanto 3,75 W/mm*mrad@15W mikroshēmu un 135 μm NA0.22 šķiedru, un tam ir VBG viļņa garuma bloķēšana, kas atbilst 30–100% jaudas viļņu bloķēšanas prasībām, un elektrooptiskā efektivitāte ir 41%. .LD korpuss ir izgatavots no alumīnija sakausējuma materiāla un sendviča struktūras [5].Augšējā un apakšējā skaida dalās ar ūdens dzesēšanas kanālu, kas uzlabo telpas izmantošanu.Gaismas punktu izvietojums, spektrs un jauda (jauda šķiedrā) ir parādīta attēlā:
*420W@135μm NA0,22 LD
Mēs izvēlējāmies 6 LD augstas un zemas temperatūras trieciena un vibrācijas testiem.Pārbaudes dati ir šādi:
* Augstas un zemas temperatūras trieciena tests
*Vibrācijas tests
1000WLD izmanto 3W/mm*mrad@30W mikroshēmu un 220μm NA0.22 šķiedru, kas nodrošina attiecīgi 915nm un 976nm ar šķiedru savienotu jaudu 1000W, un elektrooptiskā efektivitāte ir >44%.LD korpuss ir izgatavots arī no alumīnija sakausējuma materiāla.Lai sasniegtu augstāku jaudas un masas attiecību, LD apvalks ir vienkāršots ar nosacījumu, ka tiek nodrošināta konstrukcijas izturība.LD kvalitāte, punktu izvietojums un izejas jauda (jauda šķiedrā) ir šāda:
*1000W@220μm NA0,22 LD
Lai uzlabotu sūkņa avota uzticamību, savienojuma gala šķiedra izmanto kvarca gala vāciņa saplūšanu un apšuvuma gaismas filtrēšanas tehnoloģiju, kas nodrošina, ka šķiedras temperatūra ārpus sūkņa avota ir tuvu istabas temperatūrai.Augstas un zemas temperatūras trieciena un vibrācijas testiem tika atlasīti seši 976 nmLD.Pārbaudes rezultāti ir šādi:
* Augstas un zemas temperatūras trieciena tests
* Augstas un zemas temperatūras trieciena tests
*Vibrācijas tests
Secinājums
Augsta spilgtuma izvades sasniegšana notiek uz elektrooptiskās efektivitātes rēķina, tas ir, nevar iegūt lielāko izejas jaudu un augstāko elektrooptisko efektivitāti vienlaikus, ko nosaka mikroshēmas spilgtums un normalizētā savienojuma frekvence. šķiedra.Vairāku vienas caurules telpiskā staru kūļa apvienošanas tehnoloģijā spilgtums un efektivitāte vienmēr ir tie mērķi, kurus nevar sasniegt vienlaikus.Elektrooptiskās efektivitātes un jaudas līdzsvars jānosaka atbilstoši konkrētajam pielietojumam.
Atsauces
[1] Mllers Frīdrihs, Krmers Ria G., Matzdorfs Kristians u.c., “Ar Yb leģēta monolīta vienmoda pastiprinātāja un oscilatora iestatīšanas vairāku kW veiktspējas analīze”, Fiber Lasers XVI: Technology and Systems (2019).
[2] Gapontsevs V, Fomins V, Ferins A u.c., “Diffraction Limited Ultra-High-Power Fiber Lasers”, Advanced Solid-state Photonics (2010).
[3] Haoxing Lin, Li Ni, Kun Peng u.c., “Ķīnā ražotais YDF leģētais šķiedru lāzers sasniedza 20 kW jaudu no vienas šķiedras”, Chinese Journal of Lasers, 48(09), (2021).
[4] Cong Gao, Jiangyun Dai, Fengyun Li u.c., “Mājās gatavota 10 kW iterbija leģēta alumīnija fosfosilikāta šķiedra tandēma sūknēšanai”, Chinese Journal of Lasers, 47(3), (2020).
[5] Dan Xu, Zhijie Guo, Tujia Zhang et al, "600 W augsta spilgtuma diodes lāzera sūknēšanas avots", Spie Laser, 1008603, (2017).
[6] Dan Xu, Zhijie Guo, Di Ma u.c., "Augsta spilgtuma KW klases tiešais diožu lāzers", Lieljaudas diožu lāzera tehnoloģija XVI, High-Power Diode Laser Technology XVI, (2018).
2003. gadā dibinātais BWT ir globāls lāzera risinājumu pakalpojumu sniedzējs.Ar misiju "Let the Dream Drive the Light" un "Izcilas inovācijas" vērtībām uzņēmums ir apņēmies radīt labākus lāzera produktus un nodrošināt diožu lāzerus, šķiedru lāzerus, īpaši ātrus lāzeru produktus un risinājumus globālajiem klientiem.Līdz šim vairāk nekā 10 miljoni BWT lāzeru darbojas stabili tiešsaistē vairāk nekā 70 valstīs un reģionos visā pasaulē.
Publicēšanas laiks: 2022. gada 11. maijs