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上光所千瓦级光纤材料及全光纤激光器获重大突破

2013-09-04 08:26
Timeless落尘
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  在“十二五”863计划新材料领域“先进激光材料及全固态激光技术”主题项目支持下,中国科学院上海光学精密机械研究所承担的“千瓦级光纤材料及全光纤激光器”课题取得重大进展,在近期通过了课题技术验收。

  课题解决了低光子暗化掺镱光纤、高功率光纤光栅、高功率泵浦合束器的国产化制备技术,开发出双包层光纤、光纤光栅和泵浦合束器系列产品或样品,形成了一套拥有自主知识产权的高功率光纤材料与核心部件的制备工艺技术,所开发的掺镱光纤与核心部件应用在千瓦级光纤激光器产品中。

  掌握了千瓦级全光纤激光器的整机集成及规模化生产的关键技术和相关工艺,实现了数百瓦到千瓦级单模全光纤激光器的批量化生产,打破了国外垄断。所开发的系列高功率全光纤激光器已在金属薄板切割、焊接等领域获得重要应用。

  课题实施期间,成立了2家专业从事高功率光纤激光器研发生产的高科技公司,组建了专业化的生产示范线,实现了数百瓦到千瓦级光纤激光器的产业化。2012年,形成了小规模生产销售能力。

  作为目前先进的工业加工用高功率激光器,单模千瓦级以上全光纤激光器我国还大量依赖进口。高功率全光纤激光器与智能机器手技术相结合,使得实现高功率激光加工(如焊接、切割、融覆、3D打印等)的柔性化和智能化成为可能,是目前国内外激光加工装备的重要发展趋势。作为制造业大国,我国对该类高效率全光纤激光器有较为广泛的应用需求,市场前景广阔。

  国内外高功率光纤激光器研发历程回顾

  从1960 年第一台激光器(美国Maiman 等首先用红宝石晶体获得了激光输出) 问世到现在近50 年过去了, 激光技术确如人们所期, 渗入了各行各业:通信、生物技术、医学、印刷、制造、军事、娱乐业等。在某些领域,它已经成为不可替代的核心技术。但是激光产业规模还不够大,究其原因,不是人类不需要激光,而是传统激光器不好用:成本高、效率低、故障多。光纤激光器的出现带来了扩大激光产业规模的希望。光纤激光器激光光束质量好, 电-光转换效率高,输出功率大;所有的半导体器件及光纤组件都可以融接成一体,避免了元件的分立,可靠性得到极大提高。

  1.国外高功率光纤激光器发展概况

  光纤激光器的最早有关研究可以追溯到20 世纪60 年代初期,当时激光器刚刚出现不久,人们对激光器的研究投入了极大热情,积极研制开发各种新型激光器。1961 年,美国光学公司的E. Snitzer 等在光纤激光器领域进行了开创性的工作, 他们利用棒状掺钕(Nd3+)玻璃波导获得了波长1.06μm 的激光。

  20 世纪70 年代,光纤通信的研究开始起步,新兴的光纤通信系统对新型光源的需求极大地刺激了激光器的研究工作。但由于人们的注意力集中到迅猛发展的半导体激光器技术上,以及光纤激光器自身的一些当时无法克服的困难,光纤激光器的研究逐渐沉寂下来。尽管如此,仍然取得了一些值得一提的成就。例如,1973 年,J. Stone 等成功地研制出能够在室温下连续工作的掺钕光纤激光器,他们采用的半导体注入型激光器终端泵浦方式对以后实用型光纤激光器的研究具有重要的意义。

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