BWT telah mengusulkan teori tata ruang padat (DSBC) dan memverifikasi kebenaran DSBC melalui percobaan sumber pompa tingkat kilowatt.Saat ini, daya satu tabung telah ditingkatkan menjadi 15W-30W@BPP≈5-12mm*mrad dan efisiensi elektro-optik >60%, yang memungkinkan sumber pompa daya tinggi digabungkan dengan keluaran serat untuk mempertahankan daya tinggi output kecerahan sambil mengurangi volume, Dimungkinkan untuk mengurangi berat dan meningkatkan efisiensi konversi elektro-optik.
Dengan menggunakan chip saat ini, BWT masing-masing telah merealisasikan sumber pompa dengan diameter inti 135μm NA0.22 output yang digabungkan dengan serat 420W panjang gelombang yang dikunci pada 976nm, kualitas ≈ 500g;dan diameter inti 220μm serat NA0.22 ditambah keluaran 1000W panjang gelombang tunggal 976nm (atau 915nm), kualitas ≈ 400g sumber pompa.
Di masa depan, dengan peningkatan kecerahan chip semikonduktor dan efisiensi elektro-optik, sumber pompa ringan dan berdaya tinggi akan memainkan peran yang tak tergantikan dalam pembuatan sumber cahaya laser serat berdaya tinggi volume kecil, dan akan secara aktif mempromosikan pengembangan dari aplikasi industri.
Perkenalan
Laser serat telah berkembang pesat karena kualitas pancarannya yang sangat baik dan kemampuan ekspansi daya yang fleksibel (penggabung serat).Dalam beberapa tahun terakhir, laser serat serat tunggal mode tunggal dibatasi oleh TMI (ketidakstabilan mode transversal) dan efek SRS, dan kekuatan osilator laser serat pemompa langsung semikonduktor dibatasi hingga 5kW
[1].Penguat laser juga berhenti di 10kW
[2].Meskipun daya keluaran dapat ditingkatkan dengan meningkatkan diameter inti secara tepat, kualitas sinar keluaran juga menurun -1.Namun demikian, permintaan untuk meningkatkan kecerahan sumber pompa semikonduktor masih mendesak.
Persyaratan untuk kualitas balok dalam aplikasi pemrosesan industri belum tentu mode tunggal.Untuk meningkatkan kekuatan serat tunggal, beberapa mode orde rendah diperbolehkan.Hingga saat ini, sumber cahaya laser multi-mode serat tunggal dan kombinasi balok beberapa mode berdasarkan pemompaan 976nm lebih dari 5kW Dengan aplikasi batch (terutama pemotongan dan pengelasan bahan logam), produksi sumber pompa daya tinggi yang sesuai juga berskala batch.
Lebih kecil, lebih ringan dan lebih stabil
Hubungan antara chip semikonduktor BPP dan kecerahan sumber pompa
Tiga tahun lalu, kecerahan chip 9xxnm sebagian besar berada pada level lebar strip 3W/mm*mrad@12W-100μm & lebar strip 2W/mm*mrad@18W-200μm.Berdasarkan chip tersebut, BWT mencapai 600W dan 1000W 200μm NA0.22 fiber-coupled output-1.
Saat ini, kecerahan chip 9xxnm telah mencapai lebar strip 3,75W/mm*mrad@15W-100μm & lebar strip 3W/mm*mrad@30W-230μm, dan efisiensi elektro-optik pada dasarnya dipertahankan sekitar 60%.
Menurut teori susunan spasial padat [6], ini dihitung berdasarkan efisiensi penggandengan serat rata-rata 78% (emisi laser dari chip ke keluaran penggandengan serat: penggabungan berkas spasial dengan panjang gelombang tunggal dan penggabungan berkas polarisasi tanpa VBG), dan diasumsikan bahwa chip bekerja pada daya tertinggi ( BPP chip berbeda pada arus yang berbeda), kami telah menyusun peta data sebagai berikut:
* Kecerahan Chip VS Daya Output Kopling Serat Diameter Inti Berbeda
Dapat ditemukan dari gambar di atas bahwa ketika serat tertentu (diameter inti dan NA tetap) mencapai keluaran kopling daya tertentu, untuk chip dengan kecerahan berbeda, jumlah chip berbeda, dan volume serta berat sumber pompa juga berbeda.Untuk persyaratan pemompaan laser serat, jika sumber pompa yang terbuat dari chip di atas dengan kecerahan berbeda dipilih, berat dan volume laser serat dengan daya yang sama sangat berbeda, dan konfigurasi sistem pendingin air juga agak berbeda.
Efisiensi tinggi, ukuran kecil, dan bobot ringan adalah tren yang tak terhindarkan dalam pengembangan sumber cahaya laser masa depan (apakah laser dioda, laser solid-state, atau laser serat), dan kecerahan, efisiensi, dan kekuatan chip semikonduktor memainkan peran yang menentukan di dalamnya. .
Ringan, kecerahan tinggi, sumber pompa daya tinggi
Untuk beradaptasi dengan penggabung serat, kami memilih spesifikasi serat umum: 135μm NA0.22 dan 220μm NA0.22.Desain optik dari dua sumber pompa mengadopsi pengaturan spasial yang padat dan penggabungan balok polarisasi.
Di antara mereka, 420WLD mengadopsi chip 3,75W/mm*mrad@15W dan serat NA0,22 135μm, dan memiliki penguncian panjang gelombang VBG, yang memenuhi persyaratan penguncian gelombang daya 30-100%, dan efisiensi elektro-optik adalah 41% .Badan LD terbuat dari bahan paduan aluminium dan struktur sandwich [5].Chip atas dan bawah berbagi saluran pendingin air, yang meningkatkan pemanfaatan ruang.Susunan titik cahaya, spektrum dan output daya (daya dalam serat) ditunjukkan pada gambar:
*420W@135μm NA0,22 LD
Kami memilih 6 LD untuk uji kejut dan getaran suhu tinggi dan rendah.Data pengujian adalah sebagai berikut:
* Uji dampak suhu tinggi dan rendah
*Tes vibrasi
1000WLD mengadopsi chip 3W/mm*mrad@30W dan serat NA0.22 220μm, yang masing-masing menghasilkan 915nm dan 976nm fiber-coupled output 1000W, dan efisiensi elektro-optik >44%.Bodi LD juga terbuat dari bahan paduan aluminium.Untuk mengejar rasio daya-ke-massa yang lebih tinggi, cangkang LD telah disederhanakan dengan syarat memastikan kekuatan struktural.Kualitas LD, pengaturan titik dan daya keluaran (daya dalam serat) adalah sebagai berikut :
*1000W@220μm NA0,22 LD
Untuk meningkatkan keandalan sumber pompa, serat ujung kopling mengadopsi fusi ujung kuarsa dan teknologi penyaringan cahaya kelongsong, yang membuat suhu serat di luar sumber pompa mendekati suhu kamar.Enam 976nmLD dipilih untuk uji kejut dan getaran suhu tinggi dan rendah.Hasil pengujian adalah sebagai berikut:
* Uji dampak suhu tinggi dan rendah
* Uji dampak suhu tinggi dan rendah
*Tes vibrasi
Kesimpulan
Mencapai keluaran kecerahan tinggi datang dengan mengorbankan efisiensi elektro-optik, yaitu, daya keluaran tertinggi dan efisiensi elektro-optik tertinggi tidak dapat diperoleh pada saat yang sama, yang ditentukan oleh kecerahan chip dan frekuensi kopling yang dinormalisasi serat.Dalam teknologi penggabungan sinar spasial multi-tabung tunggal, kecerahan dan efisiensi selalu menjadi tujuan yang tidak dapat dicapai pada waktu yang bersamaan.Keseimbangan efisiensi dan daya elektro-optik harus ditentukan sesuai dengan aplikasi spesifik.
Referensi
[1] Mller Friedrich, Krmer Ria G., Matzdorf Christian, dkk, “Analisis kinerja multi-kW dari penguat mode tunggal monolitik Yb-doped dan pengaturan osilator,” Fiber Lasers XVI: Teknologi dan Sistem (2019).
[2] Gapontsev V, Fomin V, Ferin A, dkk, “Laser Serat Daya Ultra-Tinggi Terbatas Difraksi,” Photonics Solid-state Tingkat Lanjut (2010).
[3] Haoxing Lin, Li Ni, Kun Peng, dkk, “Laser serat doping YDF yang diproduksi di dalam negeri China mencapai output 20kW dari satu serat,” Chinese Journal of Lasers, 48(09),(2021).
[4] Cong Gao, Jiangyun Dai, Fengyun Li, dkk, “Serat Aluminofosfosilikat Ytterbium-Doped 10-kW Buatan Rumah untuk Pemompaan Tandem,” Chinese Journal of Lasers, 47(3), (2020).
[5] Dan Xu, Zhijie Guo, Tujia Zhang, dkk, "600 W sumber pemompaan laser dioda kecerahan tinggi," Spie Laser,1008603,(2017).
[6] Dan Xu, Zhijie Guo, Di Ma, dkk, "Laser dioda langsung kelas KW kecerahan tinggi," Teknologi Laser Dioda Daya Tinggi XVI, Teknologi Laser Dioda Daya Tinggi XVI, (2018).
Didirikan pada tahun 2003, BWT adalah penyedia layanan solusi laser global.Dengan misi "Let the Dream Drive the Light" dan nilai-nilai "Outstanding Innovation", perusahaan berkomitmen untuk menciptakan produk laser yang lebih baik dan menyediakan laser dioda, laser serat, produk dan solusi laser ultrafast untuk pelanggan global.Hingga kini, lebih dari 10 juta BWT laser beroperasi secara online secara stabil di lebih dari 70 negara dan wilayah di seluruh dunia.
Waktu posting: Mei-11-2022