BWT тығыз кеңістіктік орналасу теориясын (DSBC) ұсынды және киловатт деңгейіндегі сорғы көзі тәжірибесі арқылы DSBC дұрыстығын тексерді.Қазіргі уақытта бір түтіктің қуаты 15W-30W@BPP≈5-12mm*mrad дейін ұлғайтылды және электро-оптикалық тиімділік >60% құрайды, бұл талшық шығысымен біріктірілген жоғары қуатты сорғы көзіне жоғары деңгейде ұстауға мүмкіндік береді. дыбыс деңгейін азайту кезінде жарықтық шығысы, Салмақты азайтуға және электро-оптикалық түрлендіру тиімділігін арттыруға болады.
Ағымдағы чипті пайдалана отырып, BWT сәйкесінше өзегі диаметрі 135 мкм NA0,22 талшықпен біріктірілген шығыс 420 Вт толқын ұзындығы 976 нм, сапасы ≈ 500 г құлыпталған сорғы көзін іске асырды;және өзек диаметрі 220 мкм NA0.22 талшықты біріктірілген шығыс 1000 Вт бір толқын ұзындығы 976 нм (немесе 915 нм), сапасы ≈ 400 г сорғы көзі.
Болашақта жартылай өткізгіш чиптің жарықтығын және электрооптикалық тиімділікті арттыру арқылы жеңіл және жоғары қуатты сорғы көздері шағын көлемді жоғары қуатты талшықты лазерлік жарық көздерін өндіруде таптырмас рөл атқарады және дамытуға белсенді түрде ықпал етеді. өнеркәсіптік қолданбалар.
Кіріспе
Талшықты лазерлер сәуленің тамаша сапасы мен қуатты кеңейтудің икемді мүмкіндіктерінің (талшықты біріктіргіштер) арқасында тез өсті.Соңғы жылдары бір режимді бір талшықты талшықты лазерлер TMI (көлденең режимнің тұрақсыздығы) және SRS әсерлерімен шектелген, ал жартылай өткізгішті тікелей айдайтын талшықты лазерлік осцилляторлардың қуаты 5 кВтпен шектелген.
[1].Сондай-ақ лазерлік күшейткіш 10 кВт-та тоқтатылады
[2].Шығу қуатын өзек диаметрін сәйкес ұлғайту арқылы арттыруға болатынына қарамастан, шығыс сәуленің сапасы да -1 төмендейді.Осыған қарамастан, жартылай өткізгіш сорғы көздерінің жарықтығын жақсартуға сұраныс әлі де өзекті болып табылады.
Өнеркәсіптік өңдеу қолданбаларындағы сәуленің сапасына қойылатын талаптар міндетті түрде бір режимді емес.Бір талшықты қуатты арттыру үшін бірнеше төменгі ретті режимдерге рұқсат етіледі.Осы уақытқа дейін 5 кВт-тан астам 976 нм айдауға негізделген бірнеше режимді бір талшықты және сәулелі біріктірілген көп режимді лазерлік жарық көздері Пакеттік қосымшалармен (негізінен металл материалдарды кесу және дәнекерлеу), жоғары қуатты сорғы көздерін өндіру. сонымен қатар пакеттік масштабталады.
Кішірек, жеңіл және тұрақты
BPP жартылай өткізгіш микросхемасы мен сорғы көзінің жарықтығы арасындағы байланыс
Үш жыл бұрын 9ххнм чиптердің жарықтығы негізінен 3Вт/мм*мрад@12Вт-100мкм жолақ ені және 2Вт/мм*мрад@18Вт-200мкм жолақ ені деңгейінде болды.Осындай чиптерге негізделген BWT 600 Вт және 1000 Вт 200 мкм NA0.22 талшықпен байланысқан шығыс-1 жетеді.
Қазіргі уақытта 9ххнм чиптердің жарықтығы 3,75 Вт/мм*мрад@15Вт-100мкм жолақ еніне және 3Вт/мм*мрад@30Вт-230мкм жолақ еніне жетті, ал электро-оптикалық тиімділік негізінен шамамен 60% деңгейінде сақталады.
Тығыз кеңістіктік орналасу теориясына сәйкес [6] талшықты біріктірудің орташа тиімділігіне сәйкес есептеледі 78% (чиптен талшықты біріктіру шығысына лазерлік сәуле шығару: бір толқынды кеңістіктік сәулені біріктіру және VBG жоқ поляризациялық сәулені біріктіру), және чип ең жоғары қуатта жұмыс істейді деп болжанады ( BPP чипі әртүрлі токтарда әртүрлі), біз келесідей деректер картасын құрастырдық:
* Чиптің жарықтығы VS әртүрлі ядро диаметрі талшықты муфтаның шығыс қуаты
Жоғарыда келтірілген суреттен белгілі бір талшық (ядро диаметрі және NA бекітілген) белгілі бір қуат ілінісу шығысына жеткенде, әр түрлі жарықтығы бар микросхемалар үшін микросхемалар саны әртүрлі, ал сорғы көзінің көлемі мен салмағы әртүрлі болатынын көруге болады. да әртүрлі.Талшықты лазердің айдау талаптары үшін, егер жоғарыда көрсетілген әр түрлі жарықтығы бар чиптерден жасалған сорғы көзі таңдалса, бірдей қуаттағы талшықты лазердің салмағы мен көлемі мүлдем басқаша, ал суды салқындату жүйесінің конфигурациясы да мүлде басқаша.
Жоғары тиімділік, шағын өлшемдер және жеңіл салмақ болашақ лазерлік жарық көздерін (диодты лазерлер, қатты денелі лазерлер немесе талшықты лазерлер) дамытудың сөзсіз тенденциялары болып табылады және жартылай өткізгіш микросхемалардың жарықтығы, тиімділігі мен қуаты онда шешуші рөл атқарады. .
Жеңіл, жоғары жарықтылық, жоғары қуат сорғы көзі
Талшықты біріктіргішке бейімделу үшін біз жалпы талшық спецификацияларын таңдадық: 135μm NA0.22 және 220μm NA0.22.Екі сорғы көзінің оптикалық дизайны тығыз кеңістіктік орналасуды және поляризациялық сәулені біріктіруді қабылдайды.
Олардың ішінде 420WLD 3.75W/mm*mrad@15W чипті және 135μm NA0.22 талшықты қабылдайды және 30-100% қуат толқынын құлыптау талаптарына сәйкес келетін VBG толқын ұзындығын құлыптауы бар және электро-оптикалық тиімділік 41% құрайды. .LD корпусы алюминий қорытпасынан жасалған материалдан және сэндвич құрылымынан жасалған [5].Жоғарғы және төменгі чиптер суды салқындату арнасын бөліседі, бұл кеңістікті пайдалануды жақсартады.Жарық нүктесінің орналасуы, спектрі және қуаты (талшықтағы қуат) суретте көрсетілген:
*420W@135μm NA0,22 LD
Біз жоғары және төмен температурадағы соққы және діріл сынақтары үшін 6 LD таңдадық.Сынақ деректері келесідей:
* Жоғары және төмен температураның әсер ету сынағы
* Діріл сынағы
1000WLD 3W/mm*mrad@30W чипті және 220μm NA0.22 талшықты қабылдайды, ол сәйкесінше 1000W 915nm және 976nm талшықпен біріктірілген шығысқа қол жеткізеді және электро-оптикалық тиімділік >44% құрайды.LD корпусы да алюминий қорытпасынан жасалған.Жоғары қуат-масса қатынасына ұмтылу үшін LD қабығы құрылымдық беріктікті қамтамасыз ету шартында жеңілдетілді.LD сапасы, нүктенің орналасуы және шығыс қуаты (талшықтағы қуат) төмендегідей:
*1000W@220μm NA0,22 LD
Сорғы көзінің сенімділігін арттыру үшін муфтаның соңғы талшығы кварцтың соңғы қақпағын біріктіру және қаптаманың жарық сүзу технологиясын қолданады, бұл талшықтың температурасын сорғы көзінен тыс бөлме температурасына жақын етеді.Алты 976 нмЛД жоғары және төмен температурадағы соққы және діріл сынақтары үшін таңдалды.Сынақ нәтижелері келесідей:
* Жоғары және төмен температураның әсер ету сынағы
* Жоғары және төмен температураның әсер ету сынағы
* Діріл сынағы
Қорытынды
Жоғары жарықтық шығысқа қол жеткізу электро-оптикалық тиімділік есебінен жүзеге асырылады, яғни ең жоғары шығыс қуаты мен ең жоғары электр-оптикалық тиімділікті бір уақытта алу мүмкін емес, ол чиптің жарықтығымен және муфтаның нормаланған жиілігімен анықталады. талшық.Технологияларды біріктіретін көп бір түтікті кеңістіктік сәуледе жарықтық пен тиімділік әрқашан бір уақытта қол жеткізу мүмкін емес мақсаттар болып табылады.Электро-оптикалық тиімділік пен қуаттың теңгерімі нақты қолданбаға сәйкес анықталуы керек.
Анықтамалар
[1] Мллер Фридрих, Крмер Риа Г., Матцдорф Кристиан және т.б., «Yb-қоспаланған монолитті бір режимді күшейткіш пен осцилляторды орнатудың көп кВт өнімділігін талдау», Fiber Lasers XVI: Technology and Systems (2019).
[2] Гапонцев В, Фомин В, Ферин А және т.б., «Дифракциямен шектелген ультра жоғары қуатты талшықты лазерлер,» Advanced Solid-state Photonics (2010).
[3] Хаоксин Лин, Ли Ни, Кун Пэн және басқалар, «Қытайдың отандық өндірілген YDF қоспасы бар талшықты лазері бір талшықтан 20 кВт өнімділікке қол жеткізді», Chinese Journal of Lasers, 48(09),(2021).
[4] Конг Гао, Цзянюн Дай, Фэнгюн Ли және т.б., «Тандемдік айдауға арналған үйдегі 10-кВт итербий қосылған алюминофосфосиликат талшығы», қытайлық лазерлер журналы, 47(3), (2020).
[5] Дан Сю, Чжижие Гуо, Туджя Чжан және басқалар, «600 Вт жоғары жарықтығы диодты лазерлік сорғы көзі,» Spie Laser,1008603,(2017).
[6] Дан Сю, Чжижие Гуо, Ди Ма және т.б., «Жоғары жарықтық KW класындағы тікелей диодты лазер,» Жоғары қуатты диодты лазерлік технология XVI, жоғары қуатты диодты лазерлік технология XVI, (2018).
2003 жылы негізі қаланған BWT – лазерлік шешімдердің жаһандық провайдері.«Арман жарықтандырсын» миссиясын және «Керемет инновация» құндылықтарын басшылыққа ала отырып, компания жақсырақ лазерлік өнімдерді жасауға және диодты лазерлерді, талшықты лазерлерді, ультра жылдам лазерлік өнімдерді және жаһандық тұтынушылар үшін шешімдерді ұсынуға ұмтылады.Осы уақытқа дейін әлемнің 70-тен астам елдері мен аймақтарында 10 миллионнан астам BWT лазерлері тұрақты желіде жұмыс істейді.
Хабарлама уақыты: 2022 жылдың 11 мамыры