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BWT ha proposto la teoria della disposizione spaziale densa (DSBC) e verificato la correttezza di DSBC attraverso l'esperimento della sorgente della pompa a livello di kilowatt.Attualmente, la potenza di un singolo tubo è stata aumentata a 15W-30W@BPP≈5-12mm*mrad e l'efficienza elettro-ottica è >60%, il che consente alla sorgente della pompa ad alta potenza unita all'uscita della fibra di mantenere un'elevata luminosità emessa riducendo il volume, è possibile ridurre il peso e migliorare l'efficienza di conversione elettro-ottica.

Utilizzando l'attuale chip, BWT ha rispettivamente realizzato una sorgente di pompaggio con un diametro del nucleo di 135 μm NA0.22 uscita accoppiata in fibra 420 W lunghezza d'onda bloccata a 976 nm, qualità ≈ 500 g;e un diametro del nucleo di 220μm NA0.22 fibra accoppiata uscita 1000W lunghezza d'onda singola 976nm (o 915nm), qualità ≈ 400g sorgente della pompa.

In futuro, con il miglioramento della luminosità del chip semiconduttore e dell'efficienza elettro-ottica, le sorgenti di pompaggio leggere e ad alta potenza svolgeranno un ruolo insostituibile nella produzione di sorgenti luminose laser in fibra ad alta potenza di piccolo volume e promuoveranno attivamente lo sviluppo delle applicazioni industriali.

introduzione
I laser a fibra sono cresciuti rapidamente grazie alla loro eccellente qualità del raggio e alle capacità flessibili di espansione della potenza (combinatori di fibre).Negli ultimi anni, i laser in fibra a fibra singola monomodale sono limitati dagli effetti TMI (instabilità della modalità trasversale) e SRS e la potenza degli oscillatori laser in fibra a pompaggio diretto a semiconduttore è limitata a 5kW
[1].Anche l'amplificatore laser è fermo a 10kW
[2].Sebbene la potenza di uscita possa essere aumentata aumentando opportunamente il diametro del nucleo, anche la qualità del raggio di uscita diminuisce di -1.Tuttavia, la richiesta di migliorare la luminosità delle sorgenti a pompa a semiconduttore è ancora urgente.
I requisiti per la qualità del raggio nelle applicazioni di lavorazione industriale non sono necessariamente monomodali.Per aumentare la potenza della fibra singola, sono consentite alcune modalità di ordine inferiore.Fino ad ora, sorgenti di luce laser multimodali a fibra singola a poche modalità e combinate a fascio basate su un pompaggio a 976 nm di oltre 5kW Con applicazioni batch (principalmente taglio e saldatura di materiali metallici), la produzione di sorgenti di pompaggio ad alta potenza corrispondenti è anche in scala batch.
Più piccolo, più leggero e più stabile
La relazione tra il chip semiconduttore BPP e la luminosità della sorgente della pompa
Tre anni fa, la luminosità dei chip 9xxnm era per lo più al livello di 3W/mm*mrad@12W-100μm di larghezza della striscia e 2W/mm*mrad@18W-200μm di larghezza della striscia.Sulla base di tali chip, BWT raggiunge 600W e 1000W 200μm NA0.22 uscita accoppiata in fibra-1.
Al momento, la luminosità dei chip 9xxnm ha raggiunto una larghezza della striscia di 3,75 W/mm*mrad@15W-100μm e una larghezza della striscia di 3W/mm*mrad@30W-230μm e l'efficienza elettro-ottica è sostanzialmente mantenuta a circa il 60%.
Secondo la teoria della disposizione spaziale densa [6], viene calcolata in base all'efficienza media di accoppiamento della fibra del 78% (emissione laser dal chip all'uscita dell'accoppiamento della fibra: combinazione del raggio spaziale a lunghezza d'onda singola e combinazione del raggio di polarizzazione senza VBG), e si presume che il chip funzioni alla massima potenza (Il chip BPP è diverso a correnti diverse), abbiamo compilato una mappa dati come segue:

alto (1)

* Luminosità del chip VS Potenza di uscita dell'accoppiamento in fibra di diametro diverso

Si può trovare dalla figura sopra che quando una certa fibra (diametro del nucleo e NA è fissa) raggiunge un'uscita di accoppiamento di potenza specifica, per chip con luminosità diversa, il numero di chip è diverso e il volume e il peso della sorgente della pompa sono anche diversi.Per i requisiti di pompaggio del laser a fibra, se viene selezionata la sorgente della pompa composta dai chip di cui sopra con luminosità diversa, il peso e il volume del laser a fibra della stessa potenza sono completamente diversi e anche la configurazione del sistema di raffreddamento ad acqua è ben diversa.
Alta efficienza, dimensioni ridotte e peso leggero sono le tendenze inevitabili nello sviluppo delle future sorgenti di luce laser (sia laser a diodi, laser a stato solido o laser a fibra), e la luminosità, l'efficienza e la potenza dei chip semiconduttori giocano un ruolo decisivo in questo .
Sorgente di pompaggio leggera, ad alta luminosità e ad alta potenza
Per adattarsi al combinatore di fibre, abbiamo selezionato specifiche di fibra comuni: 135μm NA0.22 e 220μm NA0.22.Il design ottico delle due sorgenti di pompaggio adotta una disposizione spaziale densa e la combinazione del raggio di polarizzazione.
Tra questi, il 420WLD adotta un chip da 3,75 W/mm*mrad@15 W e una fibra NA0,22 da 135 μm e ha il blocco della lunghezza d'onda VBG, che soddisfa i requisiti del blocco dell'onda di potenza del 30-100% e l'efficienza elettro-ottica è del 41%. .Il corpo LD è realizzato in materiale in lega di alluminio e struttura a sandwich [5].I chip superiore e inferiore condividono il canale di raffreddamento ad acqua, che migliora l'utilizzo dello spazio.La disposizione, lo spettro e la potenza del punto luminoso (potenza nella fibra) sono mostrati nella figura:

alto (2)
*420W@135μm NA0.22 LD

Abbiamo selezionato 6 LD per test di urti e vibrazioni ad alta e bassa temperatura.I dati di prova sono i seguenti:

alto (3)
* Test di impatto ad alta e bassa temperatura

alto (4)
*Test di vibrazione

Il 1000WLD adotta un chip da 3W/mm*mrad@30W e una fibra NA0.22 da 220μm, che raggiunge rispettivamente un'uscita accoppiata in fibra da 915nm e 976nm di 1000W e l'efficienza elettro-ottica è >44%.Anche il corpo LD è realizzato in materiale in lega di alluminio.Al fine di perseguire un rapporto potenza-massa più elevato, il guscio LD è stato semplificato a condizione di garantire la resistenza strutturale.La qualità LD, la disposizione degli spot e la potenza di uscita (potenza nella fibra) sono le seguenti:

alto 5)
*1000W@220μm NA0.22 LD

Al fine di migliorare l'affidabilità della sorgente della pompa, la fibra dell'estremità di accoppiamento adotta la tecnologia di fusione del cappuccio terminale in quarzo e di filtraggio della luce del rivestimento, che rende la temperatura della fibra all'esterno della sorgente della pompa vicina alla temperatura ambiente.Sei 976nmLD sono stati selezionati per i test di urti e vibrazioni ad alta e bassa temperatura.I risultati del test sono i seguenti:

alto (6)
* Test di impatto ad alta e bassa temperatura
* Test di impatto ad alta e bassa temperatura

alto (7)
*Test di vibrazione

Conclusione
Il raggiungimento di un'uscita ad alta luminosità va a scapito dell'efficienza elettro-ottica, ovvero, non è possibile ottenere contemporaneamente la massima potenza di uscita e la massima efficienza elettro-ottica, che è determinata dalla luminosità del chip e dalla frequenza normalizzata dell'accoppiamento fibra.Nel fascio spaziale multi-singolo-tubo coniugare tecnologia, luminosità ed efficienza sono sempre gli obiettivi che non possono essere raggiunti contemporaneamente.L'equilibrio tra efficienza e potenza elettro-ottica deve essere determinato in base all'applicazione specifica.

Riferimenti
[1] Mller Friedrich, Krmer Ria G., Matzdorf Christian, et al, "Analisi delle prestazioni multi-kW dell'amplificatore monolitico monolitico drogato con Yb e configurazione dell'oscillatore", 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, "Il laser a fibra drogata YDF prodotto in Cina ha raggiunto una potenza di 20kW da una singola fibra", Chinese Journal of Lasers, 48(09),(2021).
[4] Cong Gao, Jiangyun Dai, Fengyun Li, et al, "Fibra di alluminiofosfosilicato drogata con itterbio da 10 kW fatta in casa per il pompaggio in tandem", Chinese Journal of Lasers, 47(3), (2020).
[5] Dan Xu, Zhijie Guo, Tujia Zhang, et al, "Sorgente di pompaggio laser a diodi ad alta luminosità da 600 W", Spie Laser,1008603,(2017).
[6] Dan Xu, Zhijie Guo, Di Ma, et al, "Laser a diodi diretti di classe KW ad alta luminosità", Tecnologia laser a diodi ad alta potenza XVI, Tecnologia laser a diodi ad alta potenza XVI, (2018).
Fondata nel 2003, BWT è un fornitore globale di servizi di soluzioni laser.Con la missione di "Let the Dream Drive the Light" e i valori di "Outstanding Innovation", l'azienda si impegna a creare prodotti laser migliori e fornire laser a diodi, laser a fibra, prodotti e soluzioni laser ultraveloci per clienti globali.Fino ad ora, più di 10 milioni di laser BWT funzionano stabilmente online in più di 70 paesi e regioni in tutto il mondo.


Tempo di pubblicazione: maggio-11-2022