大族激光:突破多项关键技术,500W高功率脉宽可调光纤激光器

发布时间:2023.08.10
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光纤激光器作为激光物理研究的一个热门,被一致认为是全面替代固体激光器的新一代产品。光纤激光器有很多独特优点,比如:激光阈值低、高增益、可调谐参数多、宽吸收和辐射、兼容性强、体积小等。进入2000年以后,作为光纤激光器分支之一的脉冲光纤激光器开始在工业加工领域崭露头角,因其超高峰值功率,很快便占领打标市场。20年内,脉冲光纤激光器功率从最开始的数十瓦提升至百瓦,随着市场发展其用途也越来越广泛,应用场景涵盖打标、切割、焊接、清洗等领域。

光纤制作和半导体激光技术越来越成熟,脉冲光纤激光器也飞速发展,几十瓦平均功率已很难满足当下实际应用,不少行业普遍要求平均功率需达到200W以上。大族激光研发的500W高功率脉宽可调光纤激光器,在金属标记、切割、清洗、锂电池等行业都有较大优势,市场需求也在不断加大。



突破关键技术壁垒
新能源行业加速发展,激光加工作为一种相对环保的加工方式,正逐渐取代传统机械、化学加工等,同时也在不断追求做到高效、快速、低碳。

高功率脉冲光纤激光器产业链的关键环节和技术难点在于光纤和电子电气技术,光纤技术主要是增益光纤的制备、耦合技术、泵浦技术和MOPA技术的实现。所采用的MOPA主振荡放大技术,实现激光频率、脉冲宽度、峰值功率可调,三者还可自由组合成多波形的激光输出,满足客户不同应用领域需求。

通过多方调研和反复试验,不论是在技术还是在加工效率及稳定性等方面,500W高功率脉宽可调光纤激光器在行业内已达国内领先甚至国际先进水平,且诸多关键性技术已实现较大突破,不仅为激光加工行业提供更先进应用技术,有效打破国外高功率脉冲光纤激光领域的垄断局面,进而提高企业及自身产品在业内的综合竞争力。

技术与创新点

-无光子暗化现象,光光转换效率高;
-优化种子源输出信号,种子源驱动电流精度和输出频率分别提高4倍;
-通过控制种子源输入电流的波形宽度,从20-240ns变化,重复频率可达3MHz;
-种子源波形的上升沿和下降沿速度提高50%以上,输出脉冲宽度更精准;
-通过激光技术控制,解决首点弱、拖尾现象,工艺效果更佳;
-高功率输出,同时光束质量好



共输出7个脉冲波形,脉宽20-500ns(半宽20-240ns),重复频率范围为1~3000kHz,峰值功率在7~12kW范围内。
 
攻克研发重难点
大族激光完全自主研制出了高功率光纤耦合技术:将泵浦光和信号光高效耦合入同一根光纤中,针对所选用的增益光纤的相关参数,调整耦合技术的各项指标,实现泵浦光到信号光的完美转换。

自制光纤耦合技术采用了一套独特的拉锥工艺技术,通过内部工艺控制对激光器光束质量进行全新优化,同时提高激光器光光转换效率,且通过合理封装技术有效解决高功率产生的发热问题。耦合器是激光器中最常用部件,专用于光纤激光器放大领域,将多个泵浦能量和一个信号能量合成进入双包层光纤,实现泵浦能量和信号能量共同在输出光纤中传输。

此款激光器由泵浦源、增益介质、谐振腔三个基本要素组成,是采用MOPA技术--光纤放大器的基础上开发出来。在泵浦光的作用下,光纤内极易形成高功率密度,造成激光工作物质的激光能级“粒子数反转”,适当加入正反馈回路,构成谐振腔,便可形成激光振荡输出。

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