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凯普林推出国内首款330μm千瓦级高亮度工业蓝光激光器

引言:

半导体激光因其丰富的光谱带宽以及直接的电激励方式,在光谱选择、高电光效率和连续光输出、长期寿命上具有不可比拟的优势。激光的波长越短,对应的光束衍射极限BPP越小,聚焦本领越强,可耦合进芯径更小的光纤。同时,波长越短,意味着更高的光子能量,将有利于提升材料对激光的吸收率。如图1所示,相较于工业加工常用的光纤激光器,金属材料在450nm处的吸收率提升了10-60%,尤其对铜、金等高反射金属材料吸收率的提升更为明显。蓝光激光器的出现,显著提高了激光在金属材料加工领域的能量利用率,这将导致材料加工领域出现革命性进展。

图1

大量的实验数据表明,与红外激光加工效果对比,高功率蓝光激光器不仅在焊接和熔覆过程中几乎不引入气孔和飞溅,而且大大降低了对光源功率的要求,因此在高反金属材料加工领域,蓝光激光器凸显出了其绝对优势[1]

近年来,激光光源市场已经有千瓦级蓝光半导体激光器产品,如:德国公司Laserline基于半导体叠阵空间光整形技术实现了2000W 600μm NA0.22,及800W 400μm NA0.22 的光纤耦合输出[2];美国公司NUBURU基于VBG密集光谱合束实现了1500W 105μm NA0.22光纤耦合输出[3];国内联赢激光也推出了1000W 800μm NA0.22的蓝光激光器[4]。为了满足国内外客户对高性价比、高功率高亮度、高可靠性及功率稳定性蓝光产品的需求,凯普林于2021年1月成功推出了国内首款蓝光1000W 330μm NA0.22 产品。

光学设计:

为了提升千瓦级蓝光半导体光源系统的可靠性,匹配自动化耦合及装调设备,紧凑产品结构,凯普林采用了光纤合束器进行功率扩展,光路原理见图2:

图2 凯普林1000W蓝光激光器光路原理图

用于光纤合束的单个模块,内置了多个子单元。由于蓝光芯片对环境异常敏感,为了提高蓝光产品的寿命,凯普林对每个子单元都作了特殊处理,有效保证光源的长期可靠性。凯普林蓝光子单元实物图及模块实物图如图3所示。

图3 凯普林蓝光产品子单元实物图及模块实物图

为了让客户对凯普林蓝光产品的可靠性有更直观的了解,图4展示了凯普林蓝光产品的寿命数据。可以看出,凯普林因其独特的封装技术,保证了蓝光产品功率稳定性高,产品寿命及可靠性好的优势。

图4 凯普林蓝光模块寿命数据

除了特殊芯片保护设计之外,凯普林蓝光子单元还具有光路设计紧凑的优势,有利于缩短光程,提升光纤耦合输出时0.15/0.22NA内的能量占比,保证了更高的功率能够进入更细的光纤,从而提高了整机系统合束输出的光束质量及合束的可靠性。凯普林蓝光产品的单个模块能够实现160W 105μm光纤耦合输出,0.15NA/0.22NA能量占比≥93%,模块仿真的光斑排列图以及实际测量能量占比拟合曲线见图5:

图5 光斑排列和NA能量占比测试图

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