BWT ได้เสนอทฤษฎีการจัดเรียงเชิงพื้นที่หนาแน่น (DSBC) และตรวจสอบความถูกต้องของ DSBC ผ่านการทดลองแหล่งกำเนิดปั๊มระดับกิโลวัตต์ในปัจจุบัน กำลังของหลอดเดี่ยวเพิ่มขึ้นเป็น 15W-30W@BPP≈5-12mm*mrad และประสิทธิภาพแสงไฟฟ้า >60% ซึ่งช่วยให้แหล่งปั๊มกำลังสูงควบคู่กับเอาต์พุตไฟเบอร์เพื่อรักษาระดับสูง เอาต์พุตความสว่างในขณะที่ลดปริมาณ เป็นไปได้ที่จะลดน้ำหนักและปรับปรุงประสิทธิภาพการแปลงแสงไฟฟ้า
เมื่อใช้ชิปปัจจุบัน BWT สามารถรับรู้แหล่งที่มาของปั๊มที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางแกน 135μm NA0.22 เอาต์พุตแบบไฟเบอร์คู่ 420W ล็อคความยาวคลื่นที่ 976nm คุณภาพ ≈ 500g ตามลำดับและเส้นผ่านศูนย์กลางแกน220μm NA0.22 ไฟเบอร์คู่เอาต์พุต 1000W ความยาวคลื่นเดียว 976nm (หรือ 915nm) คุณภาพ ≈ 400g แหล่งปั๊ม
ในอนาคต ด้วยการปรับปรุงความสว่างของชิปเซมิคอนดักเตอร์และประสิทธิภาพอิเล็กโทรออปติก แหล่งกำเนิดแสงแบบปั๊มกำลังสูงและน้ำหนักเบาจะมีบทบาทที่ไม่สามารถถูกแทนที่ได้ในการผลิตแหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์ไฟเบอร์กำลังสูงปริมาณน้อย และจะส่งเสริมการพัฒนาอย่างจริงจัง ของงานอุตสาหกรรม
การแนะนำ
ไฟเบอร์เลเซอร์เติบโตอย่างรวดเร็วเนื่องจากคุณภาพลำแสงที่ยอดเยี่ยมและความสามารถในการขยายพลังงานที่ยืดหยุ่น (ตัวรวมไฟเบอร์)ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ไฟเบอร์เลเซอร์แบบเส้นใยเดี่ยวโหมดเดียวถูกจำกัดโดย TMI (ความไม่เสถียรของโหมดตามขวาง) และเอฟเฟกต์ SRS และพลังของออสซิลเลเตอร์เลเซอร์ไฟเบอร์แบบปั๊มโดยตรงของเซมิคอนดักเตอร์ถูกจำกัดไว้ที่ 5kW
[1].เครื่องขยายสัญญาณเลเซอร์หยุดที่ 10kW
[2].แม้ว่ากำลังขับจะเพิ่มขึ้นได้โดยการเพิ่มขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของแกนอย่างเหมาะสม แต่คุณภาพของลำแสงที่ส่งออกก็ลดลงเช่นกัน -1อย่างไรก็ตาม ความต้องการในการปรับปรุงความสว่างของแหล่งกำเนิดปั๊มสารกึ่งตัวนำยังคงเป็นเรื่องเร่งด่วน
ข้อกำหนดสำหรับคุณภาพของลำแสงในการใช้งานด้านการประมวลผลทางอุตสาหกรรมไม่จำเป็นต้องเป็นโหมดเดียวเพื่อเพิ่มพลังของเส้นใยเดี่ยว อนุญาตให้ใช้โหมดลำดับต่ำสองสามโหมดจนถึงตอนนี้ แหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์หลายโหมดแบบเส้นใยเดี่ยวและลำแสงแบบผสมผสานสองสามโหมดขึ้นอยู่กับการสูบน้ำ 976 นาโนเมตรที่มากกว่า 5kW ด้วยการใช้งานแบบแบตช์ (ส่วนใหญ่เป็นการตัดและเชื่อมวัสดุโลหะ) การผลิตแหล่งปั๊มกำลังสูงที่สอดคล้องกัน ยังเป็นแบทช์สเกล
เล็กกว่า เบากว่า และเสถียรกว่า
ความสัมพันธ์ระหว่าง BPP ของชิปเซมิคอนดักเตอร์กับความสว่างของแหล่งกำเนิดปั๊ม
เมื่อสามปีที่แล้ว ความสว่างของชิป 9xxnm ส่วนใหญ่อยู่ที่ระดับ 3W/mm*mrad@12W-100μm strip width & 2W/mm*mrad@18W-200μm strip width.จากชิปดังกล่าว BWT ได้รับเอาต์พุตคู่ไฟเบอร์ NA0.22 ขนาด 600W และ 1000W 200μm-1
ในปัจจุบัน ความสว่างของชิป 9xxnm มีความกว้างของแถบ 3.75W/mm*mrad@15W-100μm และความกว้างของแถบ 3W/mm*mrad@30W-230μm และประสิทธิภาพอิเล็กโทรออปติคัลโดยทั่วไปจะคงไว้ที่ประมาณ 60%
ตามทฤษฎีการจัดเรียงเชิงพื้นที่หนาแน่น [6] คำนวณตามประสิทธิภาพการเชื่อมต่อไฟเบอร์เฉลี่ยที่ 78% (การปล่อยเลเซอร์จากชิปไปยังเอาต์พุตการเชื่อมต่อไฟเบอร์: การรวมลำแสงเชิงพื้นที่ความยาวคลื่นเดียวและลำแสงโพลาไรซ์ที่รวมกันโดยไม่มี VBG) และสันนิษฐานว่าชิปทำงานที่พลังงานสูงสุด ( ชิป BPP แตกต่างกันที่กระแสต่างๆ) เราได้รวบรวมแผนที่ข้อมูลดังนี้:
* ความสว่างของชิป VS กำลังขับของคัปปลิ้งไฟเบอร์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางแกนต่างกัน
จากรูปด้านบนพบว่าเมื่อไฟเบอร์บางตัว (เส้นผ่านศูนย์กลางแกนหลักและ NA ได้รับการแก้ไขแล้ว) จะได้เอาต์พุตการต่อพ่วงพลังงานเฉพาะ สำหรับชิปที่มีความสว่างต่างกัน จำนวนชิปจะแตกต่างกัน และปริมาตรและน้ำหนักของแหล่งปั๊ม ก็แตกต่างกันเช่นกันสำหรับข้อกำหนดการปั๊มของไฟเบอร์เลเซอร์ หากเลือกแหล่งปั๊มที่ทำจากชิปด้านบนที่มีความสว่างต่างกัน น้ำหนักและปริมาตรของไฟเบอร์เลเซอร์ที่มีกำลังเท่ากันจะแตกต่างกันโดยสิ้นเชิง และการกำหนดค่าของระบบระบายความร้อนด้วยน้ำก็เช่นกัน ค่อนข้างแตกต่างกัน
ประสิทธิภาพสูง ขนาดเล็ก และน้ำหนักเบาเป็นแนวโน้มที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ในการพัฒนาแหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์ในอนาคต (ไม่ว่าจะเป็นเลเซอร์ไดโอด เลเซอร์โซลิดสเตต หรือไฟเบอร์เลเซอร์) และความสว่าง ประสิทธิภาพ และพลังงานของชิปเซมิคอนดักเตอร์มีบทบาทชี้ขาดในเรื่องนี้ .
น้ำหนักเบา ความสว่างสูง แหล่งปั๊มพลังงานสูง
เพื่อปรับให้เข้ากับตัวรวมไฟเบอร์ เราเลือกข้อกำหนดเฉพาะของไฟเบอร์ทั่วไป: 135μm NA0.22 และ 220μm NA0.22การออกแบบเชิงแสงของแหล่งที่มาของปั๊มทั้งสองใช้การจัดเรียงเชิงพื้นที่หนาแน่นและการรวมลำแสงโพลาไรซ์เข้าด้วยกัน
ในหมู่พวกเขา 420WLD ใช้ชิป 3.75W/mm*mrad@15W และไฟเบอร์ 135μm NA0.22 และมีการล็อคความยาวคลื่น VBG ซึ่งตรงตามข้อกำหนดของการล็อคคลื่นพลังงาน 30-100% และประสิทธิภาพอิเล็กโทรออปติกคือ 41% .ตัวเครื่อง LD ทำจากวัสดุอลูมิเนียมอัลลอยด์และโครงสร้างแบบแซนวิช [5]ชิปบนและล่างใช้ช่องระบายความร้อนด้วยน้ำร่วมกัน ซึ่งช่วยปรับปรุงการใช้พื้นที่การจัดเรียงจุดแสง สเปกตรัม และกำลังขับ (กำลังในไฟเบอร์) แสดงอยู่ในรูป:
*420W@135μm NA0.22 LD
เราเลือก 6 LDs สำหรับการทดสอบแรงกระแทกและการสั่นสะเทือนที่อุณหภูมิสูงและต่ำข้อมูลการทดสอบมีดังนี้:
* การทดสอบแรงกระแทกที่อุณหภูมิสูงและต่ำ
* การทดสอบการสั่นสะเทือน
1000WLD ใช้ชิป 3W/mm*mrad@30W และไฟเบอร์ 220μm NA0.22 ซึ่งให้เอาต์พุตแบบคู่ไฟเบอร์ 915nm และ 976nm ที่ 1000W ตามลำดับ และประสิทธิภาพอิเล็กโทรออปติก >44%ตัวเครื่อง LD ยังทำจากวัสดุอลูมิเนียมอัลลอยด์เพื่อให้ได้อัตราส่วนกำลังต่อมวลที่สูงขึ้น เปลือก LD ได้รับการปรับให้เรียบง่ายภายใต้เงื่อนไขของการรับประกันความแข็งแรงของโครงสร้างคุณภาพ LD การจัดเรียงเฉพาะจุด และกำลังขับ (กำลังไฟในไฟเบอร์) มีดังนี้ :
*1000W@220μm NA0.22 LD
เพื่อปรับปรุงความน่าเชื่อถือของแหล่งที่มาของปั๊ม ไฟเบอร์ปลายคัปปลิ้งใช้เทคโนโลยีฟิวชั่นฝาท้ายควอตซ์และเทคโนโลยีการกรองแสงหุ้ม ซึ่งทำให้อุณหภูมิของไฟเบอร์ภายนอกแหล่งปั๊มใกล้อุณหภูมิห้องเลือก 976nmLDs หกรายการสำหรับการทดสอบแรงกระแทกและการสั่นสะเทือนที่อุณหภูมิสูงและต่ำผลการทดสอบมีดังนี้:
* การทดสอบแรงกระแทกที่อุณหภูมิสูงและต่ำ
* การทดสอบแรงกระแทกที่อุณหภูมิสูงและต่ำ
* การทดสอบการสั่นสะเทือน
บทสรุป
การได้เอาต์พุตความสว่างสูงมาแลกกับประสิทธิภาพของอิเล็กโทรออปติก กล่าวคือ ไม่สามารถรับกำลังเอาต์พุตสูงสุดและประสิทธิภาพอิเล็กโทรออปติคัลสูงสุดพร้อมกันได้ ซึ่งจะพิจารณาจากความสว่างของชิปและความถี่ปกติของคัปปลิ้ง เส้นใยในเทคโนโลยีการรวมลำแสงเชิงพื้นที่แบบหลอดเดียวหลายหลอด ความสว่างและประสิทธิภาพมักเป็นเป้าหมายที่ไม่สามารถบรรลุผลพร้อมกันได้เสมอความสมดุลของประสิทธิภาพแสงไฟฟ้าและพลังงานควรถูกกำหนดตามการใช้งานเฉพาะ
อ้างอิง
[1] Mller Friedrich, Krmer Ria G., Matzdorf Christian, et al, “การวิเคราะห์ประสิทธิภาพแบบหลายกิโลวัตต์ของแอมพลิฟายเออร์โหมดเดียวและออสซิลเลเตอร์ Yb-doped monolithic,” 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 และคณะ “เลเซอร์ไฟเบอร์เจือ YDF ที่ผลิตในประเทศของจีนได้รับเอาต์พุต 20kW จากไฟเบอร์เดี่ยว” Chinese Journal of Lasers, 48(09),(2021)
[4] Cong Gao, Jiangyun Dai, Fengyun Li, et al, “โฮมเมดไฟเบอร์อลูมิโนฟอสฟอสซิลิเกตเจืออิตเทอร์เบียมขนาด 10 กิโลวัตต์สำหรับการสูบน้ำควบคู่” Chinese Journal of Lasers, 47(3), (2020)
[5] Dan Xu, Zhijie Guo, Tujia Zhang และคณะ "แหล่งกำเนิดเลเซอร์ไดโอดความสว่างสูง 600 W" Spie Laser,1008603,(2017)
[6] Dan Xu, Zhijie Guo, Di Ma, et al, "เลเซอร์ไดโอดโดยตรงระดับความสว่างสูง KW," เทคโนโลยีเลเซอร์ไดโอดกำลังสูง XVI, เทคโนโลยีเลเซอร์ไดโอดกำลังสูง XVI, (2018)
BWT ก่อตั้งขึ้นในปี 2546 เป็นผู้ให้บริการโซลูชันเลเซอร์ระดับโลกด้วยพันธกิจของ "Let the Dream Drive the Light" และคุณค่าของ "นวัตกรรมที่โดดเด่น" บริษัทมุ่งมั่นที่จะสร้างผลิตภัณฑ์เลเซอร์ที่ดีขึ้นและจัดหาเลเซอร์ไดโอด ไฟเบอร์เลเซอร์ ผลิตภัณฑ์และโซลูชั่นเลเซอร์ความเร็วสูงพิเศษสำหรับลูกค้าทั่วโลกจนถึงขณะนี้ เลเซอร์ BWT มากกว่า 10 ล้านตัวทำงานออนไลน์อย่างเสถียรในกว่า 70 ประเทศและภูมิภาคทั่วโลก
เวลาโพสต์: May-11-2022