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什么样的激光企业能成为大公司

  1光纤激光器发展动向

  1)德国DILAS一体化半导体工业激光系统以传导冷却半导体激光BAR条为基础,集成波长980nm,光纤400μm,功率高达500W 的模块。此系统采用水冷模式,具有完善的电源和控制系统,并通过24V接口控制。

  500W@400μm的COMPACT系统使用QBH高功率光纤输出,光纤外包层几乎没有激光能量的损耗,是全光结构光纤激光器的理想泵浦源。在COMPACT系列中,输出功率不高于100W 的激光器系统可采用SMA光纤输出和全风冷结构。基于同样的结构,德国DILAS一体化半导体激光器系统CoMPACT系列可提供波长从640nm到2200nm的各种一体化半导体激光器系统。此外,COMPACT系统提供了5m金属铠装光纤、光学成像系统和激光安全指示灯。

  2)美国StockerYale公司研制稀土光纤激光器OEM子系统。美国《军事与航空航天电子学》2009年4月12日报道:美国StockerYale公司正在为一种掺杂稀土光纤激光器(rare-earth—doped fiber laser)技术提供子系统设计和制作样机服务。

  StockerYale公司将为这种光纤激光器交付一系列OEM子系统,其中包括用于种源放大的光纤预放大器(pre-amps)、高功率光纤放大器、调Q光纤激光器子系统、增益可调光纤激光器子系统、ASE光源、以及光纤激光器其他子系统。光纤中掺杂的元素包括铒、镱、钕、铥、以及其他稀土族元素。

  3)美国Raydiance公司向海军交付先进飞秒光纤激光器。美国《西部防务》2009年4月21日报道:美国Raydiance公司曾经开发出了世界上第一台商用超快速激光器。2009年4月21日,该公司宣布向美国海军部交付了一台飞秒光纤激光器,其脉冲能量超过每个脉冲5OμJ,脉冲时间长达500飞秒,创造了1552nm人眼安全波长的世界纪录。这台激光器是Raydiance公司根据与美国海军海上系统司令部(NAVSEA)之间一份价值几百万美元的合同开发并制造的。

  据Raydiance公司总裁斯科特·戴维森(Scott Davison)介绍:“这种高能激光系统的交付不但是本公司,而且也是超快激光器业界的一座里程碑,它将开启一系列新的防务和商业应用领域。我们的工程和制造团队已经证明了,他们可以利用本公司的核心Discovery平台技术来实现高脉冲能量,同时还能得到基于光纤的紧凑结构。我们视之为一项重大突破,它将推动紧凑光纤激光器产业向着毫焦级能量和千兆瓦峰值功率的性能迈进。”

  传统的超快速系统造价昂贵、笨重,并且除了在受控实验室之外很难应用于其它环境。Raydiance公司利用软件控制、光纤结构和计算技术,实现了适用于制造环境和野外部署的坚固而紧凑的平台。为海军交付的这种高能系统所包含的技术可以应用于Raydiance公司即将推出的民用产品。

  2发展分析

  目前,高功率光纤激光器技术所取得的进展与高亮度光纤耦合激光二极管的进步紧密相关。基于标准商用光纤、组件和976nm激光二极管,实现输出波长为1μm的千瓦级光纤激光器。人眼安全光纤激光器技术的发展,基于掺铥光纤和790nm泵浦激光二极管技术,工作在2μm时,可实现千瓦级光纤激光器 。

  1)高功率激光二极管泵浦模块。激光二极管泵浦模块与光纤激光器问的常用接口是直径100~ 200pm的光纤尾纤,其典型的数值孑L径为0.12~ 0.22。这些二极管尾纤通常被接人光纤合束器,以进一步提高泵浦功率。

  为了实现千瓦级的输出功率,光纤激光采用主振荡功率放大(MOPA)结构,这需要具有更高功率(大于200W)的泵浦模块。通过光学叠加和偏振耦合,可将多个单元(6~10个)耦合到单根直径为200μm、数值孔径为0.2的光纤中。例如,一个具有四个激光二极管阵列的976nm光纤耦合模块,能通过200μm的光纤实现超过200W 的功率输出。

  2)1μm高功率光纤激光器。基于商用光纤、泵浦合束器以及泵浦激光二极管的千瓦级高功率MOPA系统,可以实现225W 的功率输出。六个泵浦模块的总功率为1.2kW,并被组合入一个锥形光纤束,然后泵浦一根掺镱(Yb)双包层光纤,该光纤直径为400μm,数值孔径为0.46。基于模块的高斜率效率泵浦,这种光纤激光器比较容易实现具有单模光束质量,超过lkW 的功率输出。

  目前的千瓦级光纤放大器已在8GHz线宽下进行了测试,随着受激布里渊散射技术被应用到更高的功率水平,千瓦级光纤放大器很可能将实现单频线宽输出。例如,高亮度976nm二极管的电光转换效率约为45%,由此获得的放大器总的电光转换效率约为35%。

  3)人眼安全光纤激光器。工作在人眼安全波段(波长约大于1.4μm)的高功率、高效率光纤激光器。目前,工作在2μm左右的掺铥(Tm)光纤激光器所取得的进展,已经使单个光纤激光器的输出功率接近1kw。

  实现上述1kw 功率的关键在于:对泵浦掺铥光纤的790nm激光二极管进行优化,特别是要在较高的电光效率下实现所需的高功率和高亮度。例如,793nm的高亮度激光二极管的输出功率超过20W,耦合到直径为105μm的光纤中,电光效率高达超过40%。这种泵浦源加上Nufern公司有效的掺铥光纤技术(60%的斜率效率),使人眼安全光纤激光器首次达到25%的(功率转换)效率。

  这种泵浦技术与高效率掺铥光纤的最新进展相结合,已经使人眼安全光纤激光器技术达到25%的(功率转换)效率。

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