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BWT a proposé la théorie de l'arrangement spatial dense (DSBC) et vérifié l'exactitude de DSBC grâce à l'expérience de la source de pompage au niveau du kilowatt.À l'heure actuelle, la puissance d'un seul tube a été augmentée à 15W-30W@BPP≈5-12mm*mrad et l'efficacité électro-optique est> 60%, ce qui permet à la source de pompe haute puissance couplée à la sortie de fibre de maintenir un niveau élevé sortie de luminosité tout en réduisant le volume, il est possible de réduire le poids et d'améliorer l'efficacité de conversion électro-optique.

En utilisant la puce actuelle, BWT a respectivement réalisé une source de pompe avec un diamètre de noyau de 135 μm NA0.22 sortie couplée à la fibre 420 W verrouillée en longueur d'onde à 976 nm, qualité ≈ 500 g ;et un diamètre de noyau de 220 μm NA0.22 fibre couplée sortie 1000 W longueur d'onde unique 976 nm (ou 915 nm), qualité ≈ 400 g source de pompe.

À l'avenir, avec l'amélioration de la luminosité des puces semi-conductrices et de l'efficacité électro-optique, les sources de pompage légères et haute puissance joueront un rôle irremplaçable dans la fabrication de sources lumineuses laser à fibre haute puissance à petit volume et favoriseront activement le développement d'applications industrielles.

Introduction
Les lasers à fibre ont connu une croissance rapide en raison de leur excellente qualité de faisceau et de leurs capacités d'expansion de puissance flexibles (combineurs à fibre).Ces dernières années, les lasers à fibre monomode à fibre unique sont limités par les effets TMI (instabilité de mode transverse) et SRS, et la puissance des oscillateurs laser à fibre à pompage direct à semi-conducteur est limitée à 5 kW.
[1].L'amplificateur laser est également arrêté à 10kW
[2].Bien que la puissance de sortie puisse être augmentée en augmentant de manière appropriée le diamètre du noyau, la qualité du faisceau de sortie diminue également de -1.Néanmoins, la demande d'amélioration de la luminosité des sources de pompe à semi-conducteurs est toujours urgente.
Les exigences de qualité du faisceau dans les applications de traitement industriel ne sont pas nécessairement monomodes.Afin d'augmenter la puissance de la fibre unique, quelques modes d'ordre inférieur sont autorisés.Jusqu'à présent, les sources de lumière laser multimode à fibre unique et à faisceau combiné à quelques modes basées sur un pompage à 976 nm de plus de 5 kW Avec des applications par lots (principalement la découpe et le soudage de matériaux métalliques), la production de sources de pompe haute puissance correspondantes est également mis à l'échelle par lots.
Plus petit, plus léger et plus stable
La relation entre la puce semi-conductrice BPP et la luminosité de la source de pompage
Il y a trois ans, la luminosité des puces 9xxnm était principalement au niveau de 3W/mm*mrad@12W-100μm de largeur de bande et 2W/mm*mrad@18W-200μm de largeur de bande.Sur la base de telles puces, BWT atteint 600W et 1000W 200μm NA0.22 sortie couplée à la fibre-1.
À l'heure actuelle, la luminosité des puces 9xxnm a atteint 3,75 W/mm*mrad@15W-100 μm de largeur de bande et 3 W/mm*mrad@30W-230 μm de largeur de bande, et l'efficacité électro-optique est essentiellement maintenue à environ 60 %.
Selon la théorie de l'arrangement spatial dense [6], il est calculé en fonction de l'efficacité moyenne du couplage de la fibre de 78 % (émission laser de la puce à la sortie du couplage de la fibre : combinaison de faisceau spatial à longueur d'onde unique et combinaison de faisceau de polarisation sans VBG), et on suppose que la puce fonctionne à la puissance la plus élevée (la puce BPP est différente à différents courants), nous avons compilé une carte de données comme suit :

élevé (1)

* Luminosité de la puce par rapport à la puissance de sortie de couplage de fibre de diamètre de noyau différent

On peut trouver à partir de la figure ci-dessus que lorsqu'une certaine fibre (diamètre du noyau et NA est fixe) atteint une sortie de couplage de puissance spécifique, pour les puces avec une luminosité différente, le nombre de puces est différent, et le volume et le poids de la source de pompe sont également différents.Pour les exigences de pompage du laser à fibre, si la source de pompage constituée des puces ci-dessus avec une luminosité différente est sélectionnée, le poids et le volume du laser à fibre de même puissance sont complètement différents, et la configuration du système de refroidissement par eau est également assez différent.
Haut rendement, petite taille et légèreté sont les tendances inévitables dans le développement des futures sources de lumière laser (qu'il s'agisse de lasers à diodes, de lasers à semi-conducteurs ou de lasers à fibre), et la luminosité, l'efficacité et la puissance des puces semi-conductrices y jouent un rôle décisif. .
Source de pompe légère, haute luminosité et haute puissance
Afin de s'adapter au combinateur de fibre, nous avons sélectionné des spécifications de fibre communes : 135 μm NA0.22 et 220 μm NA0.22.La conception optique des deux sources de pompage adopte un arrangement spatial dense et une combinaison de faisceaux de polarisation.
Parmi eux, le 420WLD adopte une puce de 3,75 W/mm*mrad@15 W et une fibre NA0.22 de 135 μm, et dispose d'un verrouillage de longueur d'onde VBG, qui répond aux exigences de verrouillage d'onde de puissance de 30 à 100 %, et l'efficacité électro-optique est de 41 % .Le corps LD est composé d'un matériau en alliage d'aluminium et d'une structure sandwich [5].Les puces supérieure et inférieure partagent le canal de refroidissement par eau, ce qui améliore l'utilisation de l'espace.La disposition du spot lumineux, le spectre et la puissance de sortie (puissance dans la fibre) sont représentés sur la figure :

élevé (2)
*420W@135μm NA0.22 LD

Nous avons sélectionné 6 LD pour les tests de chocs et de vibrations à haute et basse température.Les données de test sont les suivantes :

élevé (3)
* Test d'impact à haute et basse température

élevé (4)
*Test de vibration

Le 1000WLD adopte une puce 3W/mm*mrad@30W et une fibre NA0.22 220μm, qui atteint respectivement une sortie couplée fibre 915nm et 976nm de 1000W, et l'efficacité électro-optique est >44%.Le corps LD est également fabriqué en alliage d'aluminium.Afin de poursuivre un rapport puissance / masse plus élevé, la coque LD a été simplifiée à condition d'assurer la résistance structurelle.La qualité LD, la disposition des spots et la puissance de sortie (puissance dans la fibre) sont les suivantes :

élevé (5)
*1000W@220μm NA0.22 LD

Afin d'améliorer la fiabilité de la source de pompage, la fibre d'extrémité de couplage adopte une technologie de fusion de capuchon d'extrémité en quartz et de filtrage de la lumière de revêtement, ce qui rend la température de la fibre à l'extérieur de la source de pompage proche de la température ambiante.Six 976nmLD ont été sélectionnés pour des tests de choc et de vibration à haute et basse température.Les résultats des tests sont les suivants :

haut (6)
* Test d'impact à haute et basse température
* Test d'impact à haute et basse température

haut (7)
*Test de vibration

Conclusion
L'obtention d'une sortie de luminosité élevée se fait au détriment de l'efficacité électro-optique, c'est-à-dire que la puissance de sortie la plus élevée et l'efficacité électro-optique la plus élevée ne peuvent pas être obtenues en même temps, ce qui est déterminé par la luminosité de la puce et la fréquence normalisée du couplage fibre.Dans le faisceau spatial multi-monotube alliant technologie, luminosité et efficacité sont toujours des objectifs qui ne peuvent être atteints en même temps.L'équilibre entre l'efficacité électro-optique et la puissance doit être déterminé en fonction de l'application spécifique.

Références
[1] Mller Friedrich, Krmer Ria G., Matzdorf Christian, et al, "Analyse des performances multi-kW de la configuration de l'amplificateur et de l'oscillateur monomode monolithique dopé Yb", Lasers à fibre XVI : Technologie et systèmes (2019).
[2] Gapontsev V, Fomin V, Ferin A, et al, "Lasers à fibre ultra-haute puissance à diffraction limitée", Advanced Solid-state Photonics (2010).
[3] Haoxing Lin, Li Ni, Kun Peng, et al, "Le laser à fibre dopée YDF produit en Chine a atteint une puissance de sortie de 20 kW à partir d'une seule fibre", Chinese Journal of Lasers, 48(09),(2021).
[4] Cong Gao, Jiangyun Dai, Fengyun Li, et al, "Fibre d'aluminophosphosilicate dopée à l'ytterbium de 10 kW faite maison pour le pompage en tandem", Chinese Journal of Lasers, 47(3), (2020).
[5] Dan Xu, Zhijie Guo, Tujia Zhang, et al, "Source de pompage laser à diode haute luminosité 600 W," Spie Laser, 1008603, (2017).
[6] Dan Xu, Zhijie Guo, Di Ma, et al, "Laser à diode directe de classe KW à haute luminosité", Technologie laser à diode haute puissance XVI, Technologie laser à diode haute puissance XVI, (2018).
Fondé en 2003, BWT est un fournisseur mondial de services de solutions laser.Avec la mission "Let the Dream Drive the Light" et les valeurs de "Outstanding Innovation", la société s'engage à créer de meilleurs produits laser et à fournir des lasers à diode, des lasers à fibre, des produits laser ultrarapides et des solutions pour les clients mondiaux.Jusqu'à présent, plus de 10 millions de lasers BWT fonctionnent de manière stable en ligne dans plus de 70 pays et régions du monde.


Heure de publication : 11 mai 2022