• head_banner_01

BWT zaproponował teorię gęstego układu przestrzennego (DSBC) i zweryfikował poprawność DSBC poprzez eksperyment z kilowatowym źródłem pompy.W chwili obecnej moc pojedynczej lampy została zwiększona do 15W-30W@BPP≈5-12mm*mrad, a sprawność elektrooptyczna wynosi >60%, co pozwala pompie dużej mocy sprzężonej z wyjściem światłowodu na utrzymanie wysokiej jasność wyjściowa przy jednoczesnym zmniejszeniu głośności, możliwe jest zmniejszenie wagi i poprawa wydajności konwersji elektrooptycznej.

Wykorzystując obecny chip, BWT odpowiednio zrealizowało źródło pompy o średnicy rdzenia 135μm NA0.22 wyjście sprzężone z włóknem 420W z blokadą długości fali przy 976nm, jakość ≈ 500g;i średnica rdzenia 220μm NA0.22 sprzężone z włóknem wyjściowym 1000W pojedyncza długość fali 976nm (lub 915nm), jakość ≈ 400g źródło pompy.

W przyszłości, wraz z poprawą jasności chipów półprzewodnikowych i sprawności elektrooptycznej, lekkie źródła pompowe o dużej mocy będą odgrywać niezastąpioną rolę w produkcji małogabarytowych laserowych źródeł światła o dużej mocy i będą aktywnie promować rozwój zastosowań przemysłowych.

Wprowadzenie
Lasery światłowodowe szybko się rozwinęły dzięki doskonałej jakości wiązki i elastycznym możliwościom rozszerzania mocy (łączniki światłowodowe).W ostatnich latach jednomodowe jednowłóknowe lasery światłowodowe są ograniczone przez TMI (niestabilność trybu poprzecznego) i efekty SRS, a moc półprzewodnikowych oscylatorów laserów światłowodowych z bezpośrednim pompowaniem jest ograniczona do 5 kW
[1].Wzmacniacz laserowy również zatrzymuje się na 10kW
[2].Chociaż moc wyjściową można zwiększyć poprzez odpowiednie zwiększenie średnicy rdzenia, jakość wiązki wyjściowej również spada -1.Niemniej jednak zapotrzebowanie na poprawę jasności półprzewodnikowych źródeł pompowych jest nadal pilne.
Wymagania dotyczące jakości wiązki w zastosowaniach przetwarzania przemysłowego niekoniecznie dotyczą jednego trybu.W celu zwiększenia mocy pojedynczego włókna dozwolone jest kilka modów niskiego rzędu.Do tej pory wielomodowe laserowe źródła światła o kilku trybach z pojedynczym włóknem i kombinacją wiązek oparte na pompowaniu 976 nm o mocy powyżej 5 kW Z zastosowaniami wsadowymi (głównie cięcie i spawanie materiałów metalowych), produkcja odpowiednich źródeł pomp o dużej mocy jest również skalowany wsadowo.
Mniejszy, lżejszy i stabilniejszy
Zależność między chipem półprzewodnikowym BPP a jasnością źródła pompy
Trzy lata temu jasność chipów 9xxnm była przeważnie na poziomie 3W/mm*mrad przy szerokości paska 12W-100μm i 2W/mm*mrad przy szerokości paska 18W-200μm.Bazując na takich chipach, BWT osiąga 600W i 1000W 200μm NA0.22 fiber-coupled output-1.
Obecnie jasność chipów 9xxnm osiągnęła 3,75 W/mm*mrad przy szerokości paska 15W-100μm i 3W/mm*mrad przy szerokości paska 30W-230μm, a sprawność elektrooptyczna zasadniczo utrzymuje się na poziomie około 60%.
Zgodnie z teorią gęstego układu przestrzennego [6], jest ona obliczana na podstawie średniej wydajności sprzężenia światłowodu na poziomie 78% (emisja lasera z wyjścia sprzęgającego układ scalony z włóknem: jednofalowe łączenie przestrzenne wiązki i łączenie wiązki polaryzacyjnej bez VBG), i zakłada się, że chip działa z najwyższą mocą (BPP chipa jest inny przy różnych prądach), skompilowaliśmy mapę danych w następujący sposób:

wysoki (1)

* Jasność chipa VS Moc wyjściowa złącza światłowodowego o różnej średnicy rdzenia

Z powyższego rysunku można stwierdzić, że gdy określone włókno (średnica rdzenia i NA jest ustalone) osiąga określoną moc wyjściową sprzężenia mocy, dla chipów o różnej jasności liczba chipów jest inna, a objętość i waga źródła pompy też są różne.W przypadku wymagań pompowania lasera światłowodowego, jeśli wybrane zostanie źródło pompy wykonane z powyższych chipów o różnej jasności, waga i objętość lasera światłowodowego o tej samej mocy są zupełnie inne, a konfiguracja systemu chłodzenia wodą jest również trochę inny.
Wysoka wydajność, niewielkie rozmiary i niewielka waga to nieuniknione trendy w rozwoju przyszłych laserowych źródeł światła (czy to laserów diodowych, laserów na ciele stałym czy laserów światłowodowych), a decydującą rolę odgrywają w tym jasność, wydajność i moc układów półprzewodnikowych .
Lekkie źródło pompy o wysokiej jasności i dużej mocy
Aby dostosować się do sumatora światłowodów, wybraliśmy wspólne specyfikacje włókien: 135μm NA0.22 i 220μm NA0.22.Konstrukcja optyczna dwóch źródeł pompy przyjmuje gęsty układ przestrzenny i łączenie wiązki polaryzacji.
Wśród nich 420WLD przyjmuje układ 3.75W/mm*mrad@15W i 135μm włókno NA0.22 i ma blokowanie długości fali VBG, co spełnia wymagania blokowania fali mocy 30-100%, a sprawność elektrooptyczna wynosi 41% .Korpus LD jest wykonany ze stopu aluminium i ma konstrukcję warstwową [5].Górne i dolne chipy mają wspólny kanał chłodzący wodę, co poprawia wykorzystanie przestrzeni.Układ plamki świetlnej, widmo i moc wyjściową (moc w światłowodzie) pokazano na rysunku:

wysoki (2)
*420 W przy 135 μm NA0.22 LD

Wybraliśmy 6 LD do testów wstrząsów i wibracji w wysokich i niskich temperaturach.Dane testowe są następujące:

wysoki (3)
* Test udarności w wysokiej i niskiej temperaturze

wysoki (4)
*Test wibracji

Model 1000WLD wykorzystuje układ 3W/mm*mrad@30W i włókno 220μm NA0.22, które osiąga odpowiednio moc wyjściową 1000W ze sprzężeniem światłowodowym 915nm i 976nm, a sprawność elektrooptyczna wynosi >44%.Korpus LD jest również wykonany ze stopu aluminium.W celu uzyskania wyższego stosunku mocy do masy skorupa LD została uproszczona pod warunkiem zapewnienia wytrzymałości konstrukcyjnej.Jakość LD, układ plamek i moc wyjściowa (moc w światłowodzie) są następujące:

wysoki (5)
*1000 W przy 220 μm NA0.22 LD

Aby poprawić niezawodność źródła pompy, włókno końcowe sprzęgła wykorzystuje kwarcową technologię filtrowania zaślepek końcowych i okładziny, co powoduje, że temperatura włókna na zewnątrz źródła pompy jest zbliżona do temperatury pokojowej.Wybrano sześć 976nmLD do testów wstrząsów i wibracji w wysokich i niskich temperaturach.Wyniki testu są następujące:

wysoki (6)
* Test udarności w wysokiej i niskiej temperaturze
* Test udarności w wysokiej i niskiej temperaturze

wysoki (7)
*Test wibracji

Wniosek
Osiągnięcie wysokiej jasności wyjściowej odbywa się kosztem wydajności elektrooptycznej, to znaczy, że nie można uzyskać jednocześnie najwyższej mocy wyjściowej i najwyższej wydajności elektrooptycznej, co jest określone przez jasność chipa i znormalizowaną częstotliwość sprzężenia błonnik.W wielorurowej wiązce przestrzennej łączącej technologię, jasność i wydajność są zawsze celami, których nie można osiągnąć w tym samym czasie.Równowagę wydajności elektrooptycznej i mocy należy określić zgodnie z konkretnym zastosowaniem.

Bibliografia
[1] Mller Friedrich, Krmer Ria G., Matzdorf Christian i in., „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 i in., „Diffraction Limited Ultra-High-Power Fiber Lasers”, Advanced Solid-state Photonics (2010).
[3] Haoxing Lin, Li Ni, Kun Peng i inni, „Produkowany w Chinach laser światłowodowy domieszkowany YDF osiągnął moc wyjściową 20 kW z pojedynczego włókna”, Chinese Journal of Lasers, 48(09),(2021).
[4] Cong Gao, Jiangyun Dai, Fengyun Li i in., „Domowe włókno glinofosfokrzemianowe domieszkowane iterbem o mocy 10 kW do pompowania tandemowego”, Chinese Journal of Lasers, 47(3), (2020).
[5] Dan Xu, Zhijie Guo, Tujia Zhang i in., „Źródło pompujące lasera diodowego o wysokiej jasności 600 W”, Spie Laser, 1008603, (2017).
[6] Dan Xu, Zhijie Guo, Di Ma i in., „Laser diodowy klasy KW o wysokiej jasności”, Technologia lasera diodowego dużej mocy XVI, Technologia lasera diodowego dużej mocy XVI, (2018).
Założona w 2003 roku firma BWT jest globalnym dostawcą rozwiązań laserowych.Zgodnie z misją „Let the Dream Drive the Light” i wartościami „Outstanding Innovation” firma jest zaangażowana w tworzenie lepszych produktów laserowych i dostarczanie laserów diodowych, laserów światłowodowych, ultraszybkich produktów laserowych i rozwiązań dla klientów na całym świecie.Do tej pory ponad 10 milionów laserów BWT działa stabilnie online w ponad 70 krajach i regionach na całym świecie.


Czas postu: 11 maja 2022 r