Iminungkahi ng BWT ang teorya ng dense spatial arrangement (DSBC) at na-verify ang kawastuhan ng DSBC sa pamamagitan ng eksperimento ng kilowatt-level pump source.Sa kasalukuyan, ang kapangyarihan ng isang tubo ay nadagdagan sa 15W-30W@BPP≈5-12mm*mrad at ang electro-optical na kahusayan ay >60%, na nagbibigay-daan sa high-power pump source na isinama sa fiber output upang mapanatili ang mataas output ng liwanag habang binabawasan ang volume, Posibleng bawasan ang timbang at pagbutihin ang kahusayan ng electro-optical conversion.
Gamit ang kasalukuyang chip, BWT ay ayon sa pagkakabanggit natanto ang isang pump source na may core diameter ng 135μm NA0.22 fiber-coupled output 420W wavelength-locked sa 976nm, kalidad ≈ 500g;at isang core diameter ng 220μm NA0.22 fiber kaisa output 1000W solong wavelength 976nm (o 915nm), kalidad ≈ 400g pump source.
Sa hinaharap, sa pagpapabuti ng liwanag ng semiconductor chip at electro-optical na kahusayan, ang magaan at mataas na kapangyarihan na mga pinagmumulan ng bomba ay gaganap ng isang hindi mapapalitang papel sa paggawa ng maliit na dami ng high-power fiber laser light sources, at aktibong magsusulong ng pag-unlad. ng mga pang-industriyang aplikasyon.
Panimula
Ang mga fiber laser ay mabilis na lumago dahil sa kanilang mahusay na kalidad ng beam at nababaluktot na mga kakayahan sa pagpapalawak ng kapangyarihan (fiber combiners).Sa mga nakalipas na taon, ang single-mode single-fiber fiber lasers ay limitado ng TMI (transverse mode instability) at SRS effects, at ang kapangyarihan ng semiconductor direct pumping fiber laser oscillators ay limitado sa 5kW
[1].Ang laser amplifier ay huminto din sa 10kW
[2].Kahit na ang output power ay maaaring tumaas sa pamamagitan ng naaangkop na pagtaas ng core diameter, ang output beam na kalidad ay bumababa rin -1.Gayunpaman, ang pangangailangan para sa pagpapabuti ng liwanag ng mga pinagmumulan ng semiconductor pump ay apurahan pa rin.
Ang mga kinakailangan para sa kalidad ng beam sa mga pang-industriyang pagpoproseso ng mga aplikasyon ay hindi kinakailangang single-mode.Upang mapataas ang kapangyarihan ng single-fiber, pinapayagan ang ilang low-order mode.Hanggang ngayon, few-mode single-fiber at beam-combined multi-mode laser light sources batay sa 976nm pumping ng higit sa 5kW Sa mga batch application (pangunahin ang paggupit at pagwelding ng mga metal na materyales), ang paggawa ng kaukulang high-power pump sources ay batch-scaled din.
Mas maliit, mas magaan at mas matatag
Ang kaugnayan sa pagitan ng semiconductor chip BPP at ang liwanag ng pinagmulan ng bomba
Tatlong taon na ang nakalipas, ang liwanag ng 9xxnm chips ay halos nasa antas na 3W/mm*mrad@12W-100μm strip width at 2W/mm*mrad@18W-200μm strip width.Batay sa naturang mga chip, ang BWT ay nakakamit ng 600W at 1000W 200μm NA0.22 fiber-coupled na output-1.
Sa kasalukuyan, ang liwanag ng 9xxnm chips ay nakamit ang 3.75W/mm*mrad@15W-100μm strip width at 3W/mm*mrad@30W-230μm strip width, at ang electro-optical efficiency ay karaniwang pinananatili sa humigit-kumulang 60%.
Ayon sa teorya ng siksik na spatial arrangement [6], ito ay kinakalkula ayon sa average na fiber coupling efficiency na 78% (laser emission mula sa chip hanggang fiber coupling output: single-wavelength spatial beam na pinagsasama at polarization beam na pinagsasama nang walang VBG), at ipinapalagay na ang chip ay gumagana sa pinakamataas na kapangyarihan ( Ang chip BPP ay naiiba sa iba't ibang mga alon), kami ay nag-compile ng isang mapa ng data tulad ng sumusunod:
* Chip Brightness VS Iba't ibang Core Diameter Fiber Coupling Output Power
Ito ay matatagpuan mula sa figure sa itaas na kapag ang isang tiyak na hibla (core diameter at NA ay naayos) ay nakakamit ng isang tiyak na power coupling output, para sa mga chips na may iba't ibang liwanag, ang bilang ng mga chips ay naiiba, at ang dami at bigat ng pinagmumulan ng bomba ay iba rin.Para sa mga kinakailangan sa pumping ng fiber laser, kung ang pump source na gawa sa mga chips sa itaas na may iba't ibang liwanag ay napili, ang bigat at dami ng fiber laser ng parehong kapangyarihan ay ganap na naiiba, at ang configuration ng water cooling system ay din medyo iba.
Ang mataas na kahusayan, maliit na sukat at magaan na timbang ay ang mga hindi maiiwasang uso sa pagbuo ng mga hinaharap na pinagmumulan ng ilaw ng laser (maging mga diode laser, solid-state laser o fiber laser), at ang liwanag, kahusayan at kapangyarihan ng mga semiconductor chips ay gumaganap ng isang mapagpasyang papel dito .
Magaan, mataas na liwanag, mataas na power pump source
Upang umangkop sa fiber combiner, pinili namin ang karaniwang mga detalye ng fiber: 135μm NA0.22 at 220μm NA0.22.Ang optical na disenyo ng dalawang pinagmumulan ng bomba ay gumagamit ng siksik na spatial arrangement at polarization beam na pinagsasama.
Kabilang sa mga ito, ang 420WLD ay gumagamit ng 3.75W/mm*mrad@15W chip at 135μm NA0.22 fiber, at mayroong VBG wavelength locking, na nakakatugon sa mga kinakailangan ng 30-100% power wave locking, at ang electro-optical efficiency ay 41% .Ang katawan ng LD ay gawa sa materyal na haluang metal na aluminyo at istraktura ng sandwich [5].Ang upper at lower chips ay nagbabahagi ng water cooling channel, na nagpapahusay sa paggamit ng espasyo.Ang pag-aayos ng light spot, spectrum at power output (power in the fiber) ay ipinapakita sa figure:
*420W@135μm NA0.22 LD
Pumili kami ng 6 na LD para sa mataas at mababang temperatura ng shock at vibration test.Ang data ng pagsubok ay ang mga sumusunod:
*Pagsubok sa epekto ng mataas at mababang temperatura
* Pagsubok sa panginginig ng boses
Ang 1000WLD ay gumagamit ng 3W/mm*mrad@30W chip at isang 220μm NA0.22 fiber, na nakakamit ng 915nm at 976nm fiber-coupled na output ng 1000W ayon sa pagkakabanggit, at ang electro-optical na kahusayan ay >44%.Ang LD body ay gawa rin sa aluminum alloy na materyal.Upang ituloy ang mas mataas na ratio ng power-to-mass, ang LD shell ay pinasimple sa ilalim ng kondisyon ng pagtiyak ng structural strength.Ang kalidad ng LD, spot arrangement at output power (power in the fiber) ay ang mga sumusunod:
*1000W@220μm NA0.22 LD
Upang mapabuti ang pagiging maaasahan ng pinagmumulan ng bomba, ang coupling end fiber ay gumagamit ng quartz end cap fusion at cladding light filtering technology, na ginagawang ang temperatura ng fiber sa labas ng pump source ay malapit sa temperatura ng silid.Anim na 976nmLD ang napili para sa mataas at mababang temperatura ng shock at vibration test.Ang mga resulta ng pagsusulit ay ang mga sumusunod:
*Pagsubok sa epekto ng mataas at mababang temperatura
*Pagsubok sa epekto ng mataas at mababang temperatura
* Pagsubok sa panginginig ng boses
Konklusyon
Ang pagkamit ng mataas na liwanag na output ay nagmumula sa gastos ng electro-optical na kahusayan, iyon ay, ang pinakamataas na kapangyarihan ng output at ang pinakamataas na electro-optical na kahusayan ay hindi maaaring makuha sa parehong oras, na tinutukoy ng liwanag ng chip at ang normalized na dalas ng pagkabit hibla.Sa multi-single-tube spatial beam na pinagsasama-sama ng teknolohiya, ang liwanag at kahusayan ay palaging ang mga layunin na hindi makakamit sa parehong oras.Ang balanse ng electro-optical na kahusayan at kapangyarihan ay dapat matukoy ayon sa partikular na aplikasyon.
Mga sanggunian
[1] Mller Friedrich, Krmer Ria G., Matzdorf Christian, et al, “Multi-kW performance analysis ng Yb-doped monolithic single-mode amplifier at oscillator setup,” Fiber Lasers XVI: Technology and Systems (2019).
[2] Gapontsev V, Fomin V, Ferin A, et al, "Diffraction Limited Ultra-High-Power Fiber Lasers," Advanced Solid-state Photonics (2010).
[3] Haoxing Lin, Li Ni, Kun Peng, et al, "Ang domestic na gawa ng China na YDF doped fiber laser ay nakakuha ng 20kW na output mula sa isang fiber," Chinese Journal of Lasers, 48(09),(2021).
[4] Cong Gao, Jiangyun Dai, Fengyun Li, et al, “Homemade 10-kW Ytterbium-Doped Aluminophosphosilicate Fiber para sa Tandem Pumping,” Chinese Journal of Lasers, 47(3), (2020).
[5] Dan Xu, Zhijie Guo, Tujia Zhang, et al, "600 W high brightness diode laser pumping source," Spie Laser,1008603,(2017).
[6] Dan Xu, Zhijie Guo, Di Ma, et al, "Mataas na liwanag na KW-class na direktang diode laser," High-power Diode Laser Technology XVI, High-Power Diode Laser Technology XVI, (2018).
Itinatag noong 2003, ang BWT ay isang pandaigdigang tagapagbigay ng serbisyo ng solusyon sa laser.Sa misyon ng "Let the Dream Drive the Light" at ang mga halaga ng "Outstanding Innovation", ang kumpanya ay nakatuon sa paglikha ng mas mahusay na mga produkto ng laser at pagbibigay ng mga diode laser, fiber laser, ultrafast laser na produkto at mga solusyon para sa mga global na customer.Hanggang ngayon, higit sa 10 milyong BWT laser ang tumatakbo nang matatag online sa higit sa 70 bansa at rehiyon sa buong mundo.
Oras ng post: Mayo-11-2022