BWT je predlagal teorijo goste prostorske razporeditve (DSBC) in preveril pravilnost DSBC s poskusom vira črpalke na kilovatni ravni.Trenutno se je moč ene cevi povečala na 15W-30W@BPP≈5-12mm*mrad, elektro-optični izkoristek pa je >60 %, kar omogoča viru črpalke z visoko močjo, ki je povezan z izhodom iz vlaken, da ohranja visoko izhod svetlosti ob zmanjšanju glasnosti. Možno je zmanjšati težo in izboljšati učinkovitost elektro-optične pretvorbe.
Z uporabo trenutnega čipa je BWT realiziral vir črpalke s premerom jedra 135 μm NA0,22 izhodna vlakna, povezana z 420 W, valovna dolžina, zaklenjena pri 976 nm, kakovost ≈ 500 g;in premer jedra 220 μm NA0,22 vlaken sklopljena izhodna moč 1000 W enojna valovna dolžina 976 nm (ali 915 nm), kakovost ≈ 400 g vir črpalke.
V prihodnosti bodo z izboljšanjem svetlosti polprevodniških čipov in elektrooptične učinkovitosti lahki in visoko zmogljivi črpalni viri igrali nenadomestljivo vlogo pri izdelavi majhnih količin visokozmogljivih laserskih svetlobnih virov z vlakni in bodo aktivno spodbujali razvoj industrijskih aplikacij.
Uvod
Optični laserji so hitro rasli zaradi odlične kakovosti žarka in prilagodljivih zmožnosti razširitve moči (kombinatorji vlaken).V zadnjih letih so enomodni laserji z vlakni z enojnimi vlakni omejeni z učinki TMI (nestabilnost prečnega načina) in SRS, moč polprevodniških laserskih oscilatorjev z neposrednim črpanjem vlaken pa je omejena na 5 kW
[1].Tudi laserski ojačevalnik je ustavljen pri 10kW
[2].Čeprav je mogoče izhodno moč povečati z ustreznim povečanjem premera jedra, se tudi kakovost izhodnega žarka zmanjša -1.Kljub temu je potreba po izboljšanju svetlosti polprevodniških črpalnih virov še vedno nujna.
Zahteve za kakovost žarka v aplikacijah industrijske obdelave niso nujno enomodne.Da bi povečali moč enovlakna, je dovoljenih nekaj načinov nizkega reda.Do zdaj so bili večnačinski laserski svetlobni viri z več načini z enim vlaknom in s kombiniranim žarkom, ki temeljijo na 976nm črpanju več kot 5kW. S serijskimi aplikacijami (predvsem rezanje in varjenje kovinskih materialov) je bila proizvodnja ustreznih visokozmogljivih virov črpanja je tudi paketno prilagojen.
Manjši, lažji in stabilnejši
Razmerje med polprevodniškim čipom BPP in svetlostjo vira črpalke
Pred tremi leti je bila svetlost 9xxnm čipov večinoma na ravni 3W/mm*mrad@12W-100μm širine traku in 2W/mm*mrad@18W-200μm širine traku.Na osnovi takšnih čipov BWT doseže 600 W in 1000 W 200 μm NA0.22 fiber-coupled output-1.
Trenutno je svetlost 9xxnm čipov dosegla 3,75 W/mm*mrad@15W-100μm širine traku in 3W/mm*mrad@30W-230μm širine traku, elektro-optična učinkovitost pa se v bistvu vzdržuje na približno 60 %.
Po teoriji goste prostorske razporeditve [6] se izračuna glede na povprečno učinkovitost sklopitve vlaken 78 % (laserska emisija iz čipa na izhod sklopitve vlaken: združevanje prostorskega žarka z eno valovno dolžino in združevanje polarizacijskega žarka brez VBG), in se predpostavlja, da čip deluje pri najvišji moči (BPP čipa je različen pri različnih tokovih), smo sestavili zemljevid podatkov, kot sledi:
* Svetlost čipa V primerjavi z različnim premerom jedra izhodne moči optične sklopke
Na zgornji sliki je razvidno, da ko določeno vlakno (premer jedra in NA sta fiksna) doseže specifično izhodno moč sklopitve, je za čipe z različno svetlostjo število čipov različno, prostornina in teža vira črpalke pa drugačna. so tudi drugačni.Za potrebe črpanja laserja z vlakni, če je izbran vir črpalke iz zgornjih čipov z različno svetilnostjo, sta teža in prostornina laserja z vlakni enake moči popolnoma različni, konfiguracija sistema vodnega hlajenja pa je prav tako drugačna. čisto drugačen.
Visoka učinkovitost, majhnost in majhna teža so neizogibni trendi v razvoju prihodnjih laserskih svetlobnih virov (bodisi diodni laserji, polprevodniški laserji ali laserji z vlakni), pri tem pa igrajo odločilno vlogo svetlost, učinkovitost in moč polprevodniških čipov. .
Lahek vir visoke svetlosti in močne črpalke
Da bi se prilagodili kombiniralniku vlaken, smo izbrali skupne specifikacije vlaken: 135μm NA0.22 in 220μm NA0.22.Optična zasnova obeh virov črpalke sprejme gosto prostorsko razporeditev in kombiniranje polarizacijskih žarkov.
Med njimi 420WLD uporablja 3,75 W/mm*mrad@15 W čip in 135 μm NA0,22 vlakna ter ima zaklepanje valovne dolžine VBG, ki izpolnjuje zahteve 30-100 % močnega zaklepanja valov, elektrooptična učinkovitost pa je 41 %. .Telo LD je izdelano iz materiala iz aluminijeve zlitine in sendvič strukture [5].Zgornji in spodnji čipi si delijo kanal za vodno hlajenje, kar izboljša izkoristek prostora.Razporeditev svetlobnih točk, spekter in izhodna moč (moč v vlaknu) so prikazani na sliki:
*420W@135μm NA0,22 LD
Izbrali smo 6 LD za visoko- in nizkotemperaturne udarne in vibracijske preskuse.Testni podatki so naslednji:
*Preskus udarca pri visoki in nizki temperaturi
* Preizkus vibracij
1000WLD uporablja čip 3W/mm*mrad@30W in 220 μm vlakno NA0,22, ki doseže 915 nm oziroma 976 nm izhodno moč 1000 W, elektrooptični izkoristek pa je >44 %.Telo LD je prav tako izdelano iz aluminijeve zlitine.Da bi dosegli večje razmerje med močjo in maso, je bila lupina LD poenostavljena pod pogojem zagotavljanja strukturne trdnosti.Kakovost LD, razporeditev točk in izhodna moč (moč v vlaknu) so naslednji:
*1000W@220μm NA0,22 LD
Da bi izboljšali zanesljivost vira črpalke, končno vlakno spojke uporablja tehnologijo za fuzijo končne kapice s kvarčnim pokrovom in tehnologijo filtriranja svetlobe, zaradi česar je temperatura vlakna zunaj vira črpalke blizu sobne temperature.Šest 976nmLD je bilo izbranih za visoko- in nizkotemperaturne udarne in vibracijske preskuse.Rezultati testa so naslednji:
*Preskus udarca pri visoki in nizki temperaturi
*Preskus udarca pri visoki in nizki temperaturi
* Preizkus vibracij
Zaključek
Doseganje visoke izhodne svetlosti gre na račun elektro-optične učinkovitosti, kar pomeni, da največje izhodne moči in najvišje elektro-optične učinkovitosti ni mogoče doseči hkrati, kar je določeno s svetlostjo čipa in normalizirano frekvenco sklopitve. vlakno.V tehnologiji kombiniranja prostorskega žarka z več enocevnimi žarki sta svetlost in učinkovitost vedno cilja, ki ju ni mogoče doseči hkrati.Ravnovesje med elektro-optično učinkovitostjo in močjo je treba določiti glede na posebno uporabo.
Reference
[1] Mller Friedrich, Krmer Ria G., Matzdorf Christian et al, »Multi-kW analiza zmogljivosti Yb-dopiranega monolitnega enomodnega ojačevalnika in nastavitve oscilatorja,« Fiber Lasers XVI: Technology and Systems (2019).
[2] Gaponcev V, Fomin V, Ferin A, et al, »Vlakneni laserji z omejeno difrakcijo ultra visoke moči,« Advanced Solid-state Photonics (2010).
[3] Haoxing Lin, Li Ni, Kun Peng et al, »Kitajski doma proizveden laser z vlakni z dopiranim vlaknom YDF je dosegel izhodno moč 20 kW iz enega samega vlakna,« Chinese Journal of Lasers, 48(09),(2021).
[4] Cong Gao, Jiangyun Dai, Fengyun Li et al, »Domače 10-kW aluminofosfosilikatno vlakno, dopirano z iterbijem, za tandemsko črpanje,« Chinese Journal of Lasers, 47(3), (2020).
[5] Dan Xu, Zhijie Guo, Tujia Zhang, et al, "600 W črpalni vir diodnega laserja visoke svetlosti," Spie Laser, 1008603, (2017).
[6] Dan Xu, Zhijie Guo, Di Ma, et al, "High lightness KW-class direct diode laser," High-power Diode Laser Technology XVI, High-Power Diode Laser Technology XVI, (2018).
Podjetje BWT, ustanovljeno leta 2003, je globalni ponudnik storitev laserskih rešitev.S poslanstvom »Naj sanje poganjajo svetlobo« in vrednotami »Izjemne inovacije« je podjetje zavezano ustvarjanju boljših laserskih izdelkov in zagotavljanju diodnih laserjev, laserjev z vlakni, ultrahitrih laserskih izdelkov in rešitev za globalne stranke.Do zdaj več kot 10 milijonov BWT laserjev deluje stabilno na spletu v več kot 70 državah in regijah po vsem svetu.
Čas objave: 11. maja 2022