BWT on välja pakkunud tiheda ruumilise paigutuse (DSBC) teooria ja kontrollinud DSBC õigsust kilovatt-taseme pumbaallika katse abil.Praegu on ühe toru võimsust suurendatud väärtuseni 15W-30W@BPP≈5-12mm*mrad ja elektrooptiline kasutegur on >60%, mis võimaldab suure võimsusega pumbaallikal koos kiudväljundiga säilitada kõrge. heleduse väljund, vähendades samal ajal helitugevust, on võimalik vähendada kaalu ja parandada elektro-optilise muundamise efektiivsust.
Kasutades praegust kiipi, on BWT realiseerinud vastavalt pumba allika südamiku läbimõõduga 135 μm NA0.22 fiibersidestatud väljund 420 W lainepikkusega lukustatud 976 nm juures, kvaliteet ≈ 500 g;ja südamiku läbimõõt 220 μm NA0.22 fiibersidestatud väljund 1000 W ühe lainepikkusega 976 nm (või 915 nm), kvaliteet ≈ 400 g pumbaallikas.
Tulevikus, pooljuhtkiibi heleduse ja elektrooptilise efektiivsuse paranemisega, mängivad kerged ja suure võimsusega pumbaallikad asendamatut rolli väikesemahuliste suure võimsusega kiudlaservalgusallikate valmistamisel ning edendavad aktiivselt nende arengut. tööstuslike rakenduste jaoks.
Sissejuhatus
Kiudlaserid on kiiresti kasvanud tänu oma suurepärasele kiirekvaliteedile ja paindlikule võimsuse laiendamisvõimele (kiukombinaatorid).Viimastel aastatel on ühemoodilisi ühekiulisi kiudlasereid piiranud TMI (ristirežiimi ebastabiilsus) ja SRS-efektid ning pooljuhtide otsepumpavate kiudlaser-ostsillaatorite võimsus on piiratud 5 kW-ga.
[1].Laservõimendi on samuti peatatud 10kW juures
[2].Kuigi väljundvõimsust saab suurendada, suurendades sobivalt südamiku läbimõõtu, väheneb ka väljundkiire kvaliteet -1.Sellegipoolest on nõudlus pooljuhtpumbaallikate heleduse parandamise järele endiselt pakiline.
Tööstusliku töötlemise rakenduste tala kvaliteedi nõuded ei pruugi olla ühemoodilised.Ühekiulise võimsuse suurendamiseks on lubatud mõned madala järgu režiimid.Siiani on mõnerežiimilised ühekiulised ja kiirtega kombineeritud mitmemoodilised laservalgusallikad, mis põhinevad 976 nm pumpamisel üle 5 kW Partiirakendustega (peamiselt metallmaterjalide lõikamine ja keevitamine) vastavate suure võimsusega pumbaallikate tootmine on ka partiide kaupa.
Väiksem, kergem ja stabiilsem
Seos pooljuhtkiibi BPP ja pumba allika heleduse vahel
Kolm aastat tagasi oli 9xxnm kiipide heledus enamasti tasemel 3W/mm*mrad@12W-100μm ribalaius ja 2W/mm*mrad@18W-200μm riba laius.Selliste kiipide põhjal saavutab BWT 600 W ja 1000 W 200 μm NA0.22 fiiberoptidega väljundi-1.
Praegu on 9xxnm kiipide heledus saavutanud 3,75 W / mm * mrad@15W-100 μm riba laiuse ja 3 W / mm * mrad@30W-230 μm riba laiuse ning elektrooptiline efektiivsus on põhimõtteliselt umbes 60%.
Tiheda ruumilise paigutuse teooria [6] kohaselt arvutatakse see keskmise kiudude sidumise efektiivsuse järgi 78% (laseri emissioon kiibilt kiudühenduse väljundisse: ühe lainepikkusega ruumikiire kombineerimine ja polarisatsioonikiire kombineerimine ilma VBG-ta), ja eeldatakse, et kiip töötab suurima võimsusega ( Kiip BPP on erinevatel vooludel erinev), oleme koostanud andmekaardi järgmiselt:
* Kiibi heledus VS erineva südamiku läbimõõduga kiudühenduse väljundvõimsus
Ülaltoodud jooniselt on näha, et kui teatud kiud (südamiku läbimõõt ja NA on fikseeritud) saavutab kindla võimsuse sidumise väljundi, siis erineva heledusega kiipide puhul on kiipide arv erinev ning pumba allika maht ja kaal on ka erinevad.Kiudlaseri pumpamisnõuete jaoks, kui valitakse ülaltoodud erineva heledusega kiibidest valmistatud pumbaallikas, on sama võimsusega kiudlaseri kaal ja maht täiesti erinevad ning ka vesijahutussüsteemi konfiguratsioon. üsna erinev.
Kõrge kasutegur, väiksus ja kerge kaal on tulevaste laservalgusallikate (olgu siis dioodlaserid, tahkislaserid või fiiberlaserid) väljatöötamise vältimatud suundumused ning selles mängivad otsustavat rolli pooljuhtkiipide heledus, efektiivsus ja võimsus. .
Kerge, suure heledusega, suure võimsusega pumbaallikas
Kiukombinaatoriga kohanemiseks valisime ühised kiu spetsifikatsioonid: 135 μm NA0.22 ja 220 μm NA0.22.Kahe pumba allika optiline disain võtab vastu tiheda ruumilise paigutuse ja polarisatsioonikiire.
Nende hulgas kasutab 420WLD 3,75 W/mm*mrad@15W kiipi ja 135 μm NA0.22 kiudu ning sellel on VBG lainepikkuse lukustus, mis vastab 30–100% võimsuslaine lukustamise nõuetele ja elektrooptiline efektiivsus on 41%. .LD korpus on valmistatud alumiiniumisulamist materjalist ja sandwich-struktuurist [5].Ülemine ja alumine laast jagavad vesijahutuskanalit, mis parandab ruumikasutust.Valguspunktide paigutus, spekter ja väljundvõimsus (võimsus kius) on näidatud joonisel:
*420W@135μm NA0,22 LD
Valisime 6 LD-d kõrge ja madala temperatuuriga löökide ja vibratsiooni testide jaoks.Katseandmed on järgmised:
* Kõrge ja madala temperatuuri löögikatse
*Vibratsioonitest
1000WLD kasutab 3W/mm*mrad@30W kiipi ja 220μm NA0.22 kiudu, mis saavutab vastavalt 915nm ja 976nm kiudühendusega väljundvõimsusega 1000W ning elektrooptiline kasutegur on >44%.LD korpus on samuti valmistatud alumiiniumisulamist materjalist.Kõrgema võimsuse ja massi suhte saavutamiseks on LD kesta lihtsustatud tingimusel, et tagatakse konstruktsiooni tugevus.LD kvaliteet, punkti paigutus ja väljundvõimsus (võimsus kius) on järgmised:
*1000W@220μm NA0,22 LD
Pumba allika töökindluse parandamiseks kasutab ühendusotsa kiud kvartsist otsakorgi sulatamist ja kattevalguse filtreerimise tehnoloogiat, mis muudab kiu temperatuuri väljaspool pumbaallikat toatemperatuuri lähedale.Kõrge ja madala temperatuuriga šoki- ja vibratsioonitestide jaoks valiti kuus 976 nmLD-d.Testi tulemused on järgmised:
* Kõrge ja madala temperatuuri löögikatse
* Kõrge ja madala temperatuuri löögikatse
*Vibratsioonitest
Järeldus
Kõrge heledusega väljundi saavutamine toimub elektrooptilise efektiivsuse arvelt, see tähendab, et ei ole võimalik saada korraga suurimat väljundvõimsust ja kõrgeimat elektrooptilist efektiivsust, mille määravad kiibi heledus ja sidestuse normaliseeritud sagedus kiudaineid.Mitme ühe toruga ruumiliste kiirte kombineerimise tehnoloogias on heledus ja tõhusus alati need eesmärgid, mida ei saa korraga saavutada.Elektrooptilise efektiivsuse ja võimsuse tasakaal tuleks kindlaks määrata vastavalt konkreetsele rakendusele.
Viited
[1] Mller Friedrich, Krmer Ria G., Matzdorf Christian jt, „Yb-leotud monoliitse ühemoodilise võimendi ja ostsillaatori seadistuse mitme kW jõudluse analüüs”, Fiber Lasers XVI: Technology and Systems (2019).
[2] Gapontsev V, Fomin V, Ferin A jt, "Diffraction Limited Ultra-High-Power Fiber Lasers", Advanced Solid-state Photonics (2010).
[3] Haoxing Lin, Li Ni, Kun Peng jt, „Hiina kodumaal toodetud YDF legeeritud kiudlaser saavutas ühest kiust 20 kW väljundi”, Chinese Journal of Lasers, 48(09), (2021).
[4] Cong Gao, Jiangyun Dai, Fengyun Li jt, “Homemade 10-kW Ytterbium-Doped Aluminophosphoslicate Fiber for Tandem Pumping”, Chinese Journal of Lasers, 47(3), (2020).
[5] Dan Xu, Zhijie Guo, Tujia Zhang jt, "600 W suure heledusega dioodlaserpumpamise allikas", Spie Laser, 1008603, (2017).
[6] Dan Xu, Zhijie Guo, Di Ma jt, "Kõrge heledusega KW-klassi otsedioodlaser", suure võimsusega dioodlasertehnoloogia XVI, suure võimsusega dioodlaseri tehnoloogia XVI, (2018).
2003. aastal asutatud BWT on ülemaailmne laserlahenduste pakkuja.Missiooni "Let the Dream Drive the Light" ja "Outstanding Innovation" väärtustega ettevõte on pühendunud paremate lasertoodete loomisele ning dioodlaserite, fiibellaserite, ülikiirete lasertoodete ja -lahenduste pakkumisele globaalsetele klientidele.Siiani töötab enam kui 10 miljonit BWT laserit stabiilselt võrgus enam kui 70 riigis ja piirkonnas üle maailma.
Postitusaeg: mai-11-2022