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创鑫激光焊接专家刘捷:超高功率激光器技术难点与应用现状

10月11日,由OFweek维科网主办,OFweek激光网承办、高科会协办的“OFweek2019(第十六届)中国先进激光技术应用峰会暨‘维科杯’年度评选颁奖典礼”在深圳举办。深圳市创鑫激光焊接专家刘捷带来了题为“超高功率激光器技术难点与应用现状”的演讲。

刘捷从超高功率激光器在国内大热的关键点出发,发掘其品质提升的必要性,通过分析市场发展趋势特点来归纳总结超高功率激光器技术难点与应用现状。早期国外光纤激光器占据了中国激光市场的绝大多数份额。其中,光纤激光器核心器件都依赖于进口是其主要的原因,严重阻碍了中高功率光纤激光器国产化的进度。而随着国内技术进步和市场不断发展,到2018年我国已成光纤激光器最大消费市场,整体规模达82亿元,约占全球市场规模的45%。

近年来,国内光纤激光器厂家相继推出万瓦光纤激光器。经过市场检验,国产超高功率激光器的性能和稳定性不断增强,各大设备商对国产激光器的态度也从试用转向大批量应用。技术方案和核心元器件决定着超高功率光纤激光器的发展,国内光纤激光器巨头也都对此大力投入,分别开发出自己的核心器件并将其运用到超高功率光纤激光器制作当中,例如超高功率激光合束器和激光输出头。

在关键技术方面,刘捷详细地分析了国产超高功率光纤激光器的技术现状和趋势。总体技术方案分为多模块合成方案和单纤放大输出方案。其中多模块合成方案由主动相干合成、全光纤被动合束组成;同带泵浦技术、多芯光纤合成技术、GT-Wave技术则组成单纤放大输出方案。刘捷表示:“在工业激光器的技术方案选择上,全光纤被动合成技术相对成熟,每个子项核心技术难度相对较低、模块化设计可扩展性强、整机系统稳定性高,易于工程化。”

在核心器件方面,高性能多芯光纤在平衡功率与光束质量要求、简化结构设计便于生产制造推广、优化多芯光纤使用系统方面不可或缺;侧面熔融增益&泵浦耦合一体化光纤则增加泵浦纤数量控制光纤直径、优化有源与泵浦纤配比设计提升吸收效率、简化设计提升制造加工工艺降低成本。

随后刘捷介绍了创鑫激光在超高功率激光器取得的核心突破及成就。高性能半导体泵浦源、高功率合束技术、光斑形态可调技术、超高功率激光输出头、模块化结构设计等一系列核心技术的突破,为创鑫激光实现万瓦级超高功率激光提供了技术保证。万瓦级别超高功率系列激光器产品家族也达到10000瓦到35000瓦的多元丰富级别:多个单模块激光单元模块化组成,单模块单元可以方便地在客户现场更换;所有光模块、电模块、控制单元、驱动单元可在客户端直接更换、升级、维护。

超高功率光纤激光器的发展提升了亮面切割、厚板切割的效率与效果,促进开发及拓展了造船、大型机械加工、大型构架制造等需要对厚板进行加工的领域,大大加快国内超厚板材切割、激光复合焊、自动焊等工艺的进步。随着智能制造进程的不断推进,未来超高功率激光有望迎来更大的发展空间。

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