一文看懂976nm泵浦技术的前生今世
3.976nm技术路线独特优势
由于976nm泵浦技术具备其工业大规模量产的独特优势,使得国内外光纤激光器制造商一直在976nm泵浦技术的工业化应用进行持续应用探索:
(1)用料更少
目前降低激光器成本的先进技术主要有泵浦效率更高的976nm技术方案,976nm更高泵浦效率及更短光纤。
976nm比915nm泵浦的光电转化效率提高33.33%以上(从25-30%提高至40%以上);12kW的976nm比915nm产品成本低10%左右。
(2)运行成本更低
976nm泵浦方案因为其光电转化效率达到40%以上,相比于915nm泵浦的25-30%节能特性显著。以IPG的976nm泵浦技术的12kW的激光器为例,976nm泵浦激光器一年将比其他技术路线省电13.44万元,整个寿命期的节能费用接近甚至未来可能高于一台12kW激光器的价格,竞争优势极为明显。
图片来源:IPG官网
(3)能量密度更高(高亮度)
单腔单模3000W实现20um光缆输出,M2(光束质量)小于1.3,能量密度达到240万瓦/平方毫米,目前是工业用光纤激光器的物理极限,而实现此能量密度正是基于976nm泵浦技术方案。
对于高端应用(动力电池焊接等精密焊接)的激光焊接对激光器的能量密度要求较高,目前动力电池领域的激光焊接主要基于976nm泵浦技术的光纤激光器。从公开资料来看,联赢激光、先导智能等行业知名企业主要应用的为基于976nm泵浦技术的高亮度激光器,目前国际上主要为IPG,国内开始使用GW。此外,极限光束质量亦是军工应用要求的性能指标,目前976nm泵浦激光器依旧是激光定向能武器的首选光源。
4.IPG-976nm泵浦技术工业大规模应用开拓者
IPG独有的分布式侧面泵浦技术,目前有超过十万台激光器在全球范围运行;
a)核心技术之侧向泵浦双包层技术:
多个泵浦二极管发出的光被高效地耦合进入有源增益光纤的包层,泵浦光在包层中进行多次反射,同时不断穿过单模纤芯,在纤芯中泵浦被Yb离子吸收和再发射。
b)核心技术之单芯结技术:
二极管多点耦合入有源光纤,无限制摄入光子,光纤端面无热点,分布式发射,长距离吸收-高效泵浦吸收。
IPG利用其独特的单管技术,具有输出密度低、低热负载、最简单的被动式冷却设计、半导体在热、电两端均为独立等热管理的优点,结合侧向泵浦双包层技术,可以将单管从有源光纤的多点耦合,数量上几乎没有限制(端面泵浦路线耦合进入泵浦合束器的数量有限,一般工业应用单臂不超过10个泵浦源,从而需要高功率的泵浦源(300W以上),才能输出高功率的单腔单模激光器),解决了温度敏感性问题同时实现了高功率的输出(万瓦级),此外IPG拥有成熟的波长一致性较好的976nm泵浦源生产线及相关的残余光剥除技术,解决了泵浦源良率及激光器开机时有源光纤热不平衡问题。目前IPG是业内首家完全掌握976nm泵浦技术并且进行大规模工业化使用的光纤激光器制造商。
Rofin在976nm泵浦技术上紧跟其后,其利用德国Dilas 泵浦二级体 的mini-bar,使得其中心波长和线宽更加稳定,但因种种原因最终未广泛在工业大规模生产中应用。
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