BWT는 조밀한 공간 배열(DSBC) 이론을 제안하고 킬로와트 수준의 펌프 소스 실험을 통해 DSBC의 정확성을 검증했습니다.현재 단일 튜브의 출력은 15W-30W@BPP≈5-12mm*mrad로 증가했으며 전기 광학 효율은 >60%이므로 광섬유 출력과 결합된 고전력 펌프 소스가 높은 출력을 유지할 수 있습니다. 부피는 줄이면서 밝기 출력, 무게는 줄이고 전기광 변환 효율은 높일 수 있다.
현재 칩을 사용하여 BWT는 각각 코어 직경이 135μm인 펌프 소스를 실현했습니다.코어 직경 220μm NA0.22 파이버 결합 출력 1000W 단일 파장 976nm(또는 915nm), 품질 ≈ 400g 펌프 소스.
향후 반도체 칩의 휘도 및 전기광학 효율의 향상으로 경량화 및 고출력 펌프소스는 소용량 고출력 파이버 레이저 광원 제조에 없어서는 안 될 역할을 하게 될 것이며, 이에 대한 개발을 적극 추진할 예정이다. 산업 응용 프로그램의.
소개
파이버 레이저는 뛰어난 빔 품질과 유연한 전력 확장 기능(파이버 컴바이너)으로 인해 빠르게 성장했습니다.최근 몇 년 동안 단일 모드 단일 파이버 파이버 레이저는 TMI(횡단 모드 불안정성) 및 SRS 효과에 의해 제한되며 반도체 직접 펌핑 파이버 레이저 발진기의 출력은 5kW로 제한됩니다.
[1].레이저 증폭기도 10kW에서 멈춤
[2].코어 직경을 적절하게 증가시켜 출력 전력을 증가시킬 수 있지만 출력 빔 품질도 -1 감소합니다.그럼에도 불구하고 반도체 펌프 소스의 휘도 향상에 대한 요구는 여전히 시급하다.
산업 처리 응용 분야에서 빔 품질에 대한 요구 사항이 반드시 단일 모드일 필요는 없습니다.단일 섬유의 전력을 증가시키기 위해 몇 가지 하위 모드가 허용됩니다.지금까지 5kW 이상의 976nm 펌핑을 기반으로 소수모드 단일섬유 및 빔결합 다중모드 레이저 광원 일괄 적용(주로 금속재료 절단 및 용접)으로 해당 고출력 펌프원 생산 또한 배치 스케일링됩니다.
더 작고 가벼우며 더 안정적입니다.
반도체 칩 BPP와 펌프 소스 밝기의 관계
3년 전, 9xxnm 칩의 밝기는 대부분 3W/mm*mrad@12W-100μm 스트립 폭 및 2W/mm*mrad@18W-200μm 스트립 폭 수준이었습니다.이러한 칩을 기반으로 BWT는 600W 및 1000W 200μm NA0.22 광섬유 결합 출력-1을 달성합니다.
현재 9xxnm 칩의 밝기는 3.75W/mm*mrad@15W-100μm 스트립 폭 및 3W/mm*mrad@30W-230μm 스트립 폭을 달성했으며 전기 광학 효율은 기본적으로 약 60%로 유지됩니다.
조밀한 공간 배치 이론[6]에 따르면 평균 광섬유 결합 효율 78%(칩에서 광섬유 결합 출력으로의 레이저 방출: 단일 파장 공간 빔 결합 및 VBG 없는 편광 빔 결합)에 따라 계산되며, 칩이 최고 전력에서 작동한다고 가정합니다(칩 BPP는 다른 전류에서 다릅니다). 다음과 같이 데이터 맵을 컴파일했습니다.
* 칩 밝기 VS 다른 코어 직경 파이버 커플링 출력 전력
위의 그림에서 특정 광섬유(코어 직경 및 NA가 고정됨)가 특정 전력 커플링 출력을 달성할 때 밝기가 다른 칩의 경우 칩 수가 다르고 펌프 소스의 부피와 무게가 다르다는 것을 알 수 있습니다. 또한 다릅니다.파이버 레이저의 펌핑 요구 사항에 대해 위의 칩으로 구성된 다른 밝기의 펌프 소스를 선택하면 동일한 출력의 파이버 레이저의 무게와 부피가 완전히 다르며 수냉 시스템의 구성도 아주 다릅니다.
고효율, 소형, 경량화는 미래 레이저 광원(다이오드 레이저, 고체 레이저 또는 파이버 레이저) 개발에 있어 불가피한 추세이며, 반도체 칩의 밝기, 효율 및 출력이 결정적인 역할을 합니다. .
경량, 고휘도, 고출력 펌프 소스
파이버 컴바이너에 적응하기 위해 일반적인 파이버 사양인 135μm NA0.22 및 220μm NA0.22를 선택했습니다.두 펌프 소스의 광학 설계는 조밀한 공간 배열과 편광 빔 결합을 채택합니다.
그중 420WLD는 3.75W/mm*mrad@15W 칩과 135μm NA0.22 광섬유를 채택하고 VBG 파장 잠금 기능을 갖추고 있어 30-100% 파워 웨이브 잠금 요구 사항을 충족하며 전기 광학 효율은 41%입니다. .LD 본체는 알루미늄 합금 소재와 샌드위치 구조로 제작됩니다[5].상부 및 하부 칩은 수냉 채널을 공유하여 공간 활용도를 향상시킵니다.광점 배열, 스펙트럼 및 전력 출력(광섬유의 전력)이 그림에 나와 있습니다.
*420W@135μm NA0.22 LD
고온 및 저온 충격 및 진동 테스트를 위해 6개의 LD를 선택했습니다.테스트 데이터는 다음과 같습니다.
* 고온 및 저온 충격 시험
*진동 테스트
1000WLD는 3W/mm*mrad@30W 칩과 220μm NA0.22 광섬유를 채택하여 각각 1000W의 915nm 및 976nm 광섬유 결합 출력을 달성하고 전기 광학 효율은 >44%입니다.LD 본체도 알루미늄 합금 소재로 되어 있습니다.더 높은 질량 대비 전력비를 추구하기 위해 구조 강도를 확보하는 조건에서 LD 쉘을 단순화했습니다.LD 품질, 스폿 배열 및 출력 전력(섬유의 전력)은 다음과 같습니다.
*1000W@220μm NA0.22 LD
펌프 소스의 신뢰성을 향상시키기 위해 커플링 엔드 파이버는 석영 엔드 캡 융합 및 클래딩 광 필터링 기술을 채택하여 펌프 소스 외부의 파이버 온도를 실온에 가깝게 만듭니다.고온 및 저온 충격 및 진동 테스트를 위해 6개의 976nmLD가 선택되었습니다.테스트 결과는 다음과 같습니다.
* 고온 및 저온 충격 시험
* 고온 및 저온 충격 시험
*진동 테스트
결론
고휘도 출력을 달성하는 것은 전기광학 효율의 희생으로 온다. 즉, 칩 휘도와 커플링의 정규화된 주파수에 의해 결정되는 최고 출력 전력과 최고의 전기광학 효율을 동시에 얻을 수 없다. 섬유.다중 단일 튜브 공간 빔 결합 기술에서 밝기와 효율성은 항상 동시에 달성할 수 없는 목표입니다.전기 광학 효율과 전력의 균형은 특정 애플리케이션에 따라 결정되어야 합니다.
참조
[1] Mller Friedrich, Krmer Ria G., Matzdorf Christian 등, "Yb 도핑 모놀리식 단일 모드 증폭기 및 발진기 설정의 다중 kW 성능 분석", Fiber Lasers XVI: 기술 및 시스템(2019).
[2] Gapontsev V, Fomin V, Ferin A 등, "회절 제한 초고출력 파이버 레이저", Advanced Solid-state Photonics(2010).
[3] Haoxing Lin, Li Ni, Kun Peng 등, "중국에서 생산된 YDF 도핑 파이버 레이저는 단일 파이버에서 20kW 출력을 달성했습니다." Chinese Journal of Lasers, 48(09),(2021).
[4] Cong Gao, Jiangyun Dai, Fengyun Li, et al, "직접 펌핑을 위한 수제 10kW Ytterbium-Doped Aluminophosphosilicate 섬유," Chinese Journal of Lasers, 47(3), (2020).
[5] Dan Xu, Zhijie Guo, Tujia Zhang 등, "600W 고휘도 다이오드 레이저 펌핑 소스" Spie Laser, 1008603,(2017).
[6] Dan Xu, Zhijie Guo, Di Ma 등, "고휘도 KW급 다이렉트 다이오드 레이저", 고출력 다이오드 레이저 기술 XVI, 고출력 다이오드 레이저 기술 XVI, (2018).
2003년에 설립된 BWT는 글로벌 레이저 솔루션 서비스 제공업체입니다."Let the Dream Drive the Light"라는 사명과 "뛰어난 혁신"이라는 가치를 바탕으로 회사는 더 나은 레이저 제품을 만들고 다이오드 레이저, 파이버 레이저, 초고속 레이저 제품 및 솔루션을 전 세계 고객에게 제공하기 위해 최선을 다하고 있습니다.현재까지 전 세계 70개 이상의 국가 및 지역에서 천만 개 이상의 BWT 레이저가 온라인에서 안정적으로 실행되고 있습니다.
게시 시간: 2022년 5월 11일