光纖激光器泵浦光源技術(shù)問答

日期: 2020-03-11
瀏覽次數(shù): 630
SHARE:

泵浦光源(簡(jiǎn)稱泵源)作為光纖激光器的核心器件,對(duì)激光器的功能和性能無疑都有著至關(guān)重要的決定性作用。許多初接觸激光或非激光專業(yè)技術(shù)人員對(duì)泵源這一器件尚不算深入了解,因此對(duì)這一器件的疑問也比較多。今天飛博激光將通過問答形式向非專業(yè)人士科普泵源的幾個(gè)相關(guān)知識(shí)。

?

問題1 ??目前1μm光纖激光器泵浦光源有哪些?

飛博激光高級(jí)研發(fā)人員答:

1962年,H.W.Etzel等人成功研制出第1臺(tái)摻鐿離子(Yb3+)的光纖激光器,即目前最常見的1μm波長(zhǎng)(1.064μm/1.080μm)光纖激光器?2004 年,南安普敦大學(xué)的 Jeong 等利用975nm LD 雙端泵浦纖芯直徑 43μm的雙包層摻鐿光纖,產(chǎn)生了1.01?kW的1090 nm激光輸出,實(shí)現(xiàn)了世界上第一個(gè)千瓦級(jí)光纖激光輸出。此后,915nm和975nm泵浦Yb實(shí)現(xiàn)1μm波段激光器成為主要的泵浦激光選擇。

圖1給出了Yb3+離子的吸收截面與輻射截面。在室溫下,吸收譜線在850nm~1050nm之間存在著兩個(gè)吸收峰,分別為915nm和976nm。976nm的吸收峰較高但是很窄,其吸收譜寬約為10nm;而915nm處的吸收峰則比較低和寬,吸收峰的高度大約為976nm 峰值的三分之一,但是吸收譜寬約為50nm,是976nm處吸收譜寬的5倍左右?發(fā)射光譜在900nm~1200nm之間也存在兩個(gè)峰,分別為976nm和1030nm。976nm處的輻射峰峰值較高,輻射譜寬10nm 左右,由三能級(jí)躍遷所致;1030nm 處峰值較低,但是輻射譜寬較寬,大于 50nm,由準(zhǔn)四能級(jí)的躍遷所致。

光纖激光器泵浦光源技術(shù)問答

圖1 ?Yb光纖的吸收截面(實(shí)線)和發(fā)射截面(虛線)?

?

根據(jù)上述的圖和分析,結(jié)合實(shí)際的LD激光的發(fā)展,基本上Yb3+離子的1um波段的激光器基本都是用915nm 和975nm的LD激光作為泵浦光源。

?

問題2 ??為什么早期使用915nm泵源較多,目前基本上都使用976nm泵源?

飛博激光高級(jí)研發(fā)人員答:

常規(guī)的LD 輸出波長(zhǎng)會(huì)隨著溫度的變化出現(xiàn)漂移,溫度漂移系數(shù)約為0.31nm/℃。根據(jù)圖1我們可以看出,溫度將影響有源光纖的泵浦吸收峰,不僅降低了激光器的效率,而且未吸收的泵浦光還會(huì)導(dǎo)致光路中的其他元器件損壞?由于915nm處的吸收譜寬約為50nm,溫度對(duì)泵浦的吸收影響很小,而溫度漂移對(duì)976nm影響較大,而早期激光器由于溫度控制不精確,因此,尤其是上世紀(jì)所生產(chǎn)的光纖激光器中,大多數(shù)皆使用915nm的泵源。

光纖吸收泵浦光后直接出光,這種泵浦技術(shù)被稱為直接泵浦,即由9XX?nm波長(zhǎng)經(jīng)過有源光纖后輸出1064nm?1070nm、1080nm 等波長(zhǎng)的激光?這類泵浦技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于科研激光器和工業(yè)常規(guī)激光器。但是,這類泵浦技術(shù)存在一定的量子虧損效應(yīng),損耗的泵浦會(huì)直接產(chǎn)生熱量,影響激光器的可靠性和功率的進(jìn)一步提升。

光纖激光器泵浦光源技術(shù)問答


此公式中,光纖激光器泵浦光源技術(shù)問答光纖激光器泵浦光源技術(shù)問答分別為泵浦光和輸出激光的波長(zhǎng)?當(dāng)鐿離子吸收975nm?的泵浦光發(fā)射1070nm激光時(shí),電子躍遷的量子虧損率約為9%,而采用915nm的泵浦光發(fā)射1070nm激光時(shí),電子躍遷的量子虧損率約為14%??梢?76nm的泵浦在能源的利用率上有較大提升。從工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)角度來說就是成本的降低。

其次,隨著高亮度泵源和水冷機(jī)組的發(fā)展,高功率激光器基本都采用了水冷散熱,在溫度控制上更加精準(zhǔn),可防止LD泵源的波長(zhǎng)漂移,保證激光器的泵浦吸收效率。目前高功率光纖激光器基本都是采用976nm泵源,在提高激光器效率的同時(shí),有效地降低成本。表1將兩種泵源進(jìn)行比較,在溫度控制穩(wěn)定的基礎(chǔ)上,顯然976nm的泵源更加有利。

光纖激光器泵浦光源技術(shù)問答

表1??915nm泵浦和976nm泵浦比較


問題3 ??976nm泵浦是一項(xiàng)全新的技術(shù)嗎?

飛博激光高級(jí)研發(fā)人員答:

976nm泵浦并不是一項(xiàng)新技術(shù)。上世紀(jì)六七十年代,915nm和976nm的LD泵源皆用于激光器泵源,到2004年已能夠使用976nm的泵源實(shí)現(xiàn)千瓦級(jí)的激光輸出,技術(shù)上已十分成熟。國(guó)內(nèi)的絕大部分工業(yè)激光器廠家在2012年左右的時(shí)候開始采用976nm的LD作為主要的泵浦方式。發(fā)展到現(xiàn)在,這一技術(shù)已作為常規(guī)技術(shù)在使用,尤其是針對(duì)科研用戶這類對(duì)激光器有特殊要求的用戶群體。目前市售的幾百瓦甚至數(shù)千瓦鎖波長(zhǎng)LD可以將溫度漂移系數(shù)控制在0.01nm/℃以內(nèi), 976nm 等波長(zhǎng)泵浦已成為沖擊高功率激光器不可或缺的器件。同時(shí)LD 的輸出光纖數(shù)值孔徑也在不斷優(yōu)化,從之前的0.22提升為目前的0.15,甚至0.13,為合束器有效接收更高功率泵浦光創(chuàng)造了有利的條件,使之可進(jìn)一步提升激光輸出功率。

?

問題4???目前還有其他泵浦光源或者技術(shù)可供選擇嗎?

飛博激光高級(jí)研發(fā)人員答:

除了泵浦方式的變化(早期單純正向泵浦發(fā)展為反向泵浦、正反向同時(shí)泵浦、915nm和976nm雙波長(zhǎng)混合泵浦、側(cè)邊泵浦等),泵浦本身在技術(shù)上也有發(fā)展和進(jìn)步:采用 976nm 泵浦輸出孔徑數(shù)值在0.07左右的有源光纖,使之發(fā)射高亮度1018nm激光,再用此1018nm激光作為泵浦光輸出1064nm?1070nm 及1080nm等波長(zhǎng)的激光,并稱之為同帶泵浦,可以有效減少量子虧損所帶來的熱效應(yīng),目前對(duì)該技術(shù)掌握比較好的是IPG公司,已經(jīng)將其應(yīng)用在實(shí)際的工業(yè)產(chǎn)品中。國(guó)內(nèi)科研院所和高校也做了大量同帶泵浦相關(guān)研究,但目前國(guó)內(nèi)工業(yè)激光器廠家暫時(shí)還沒有將此作為主流技術(shù)使用和推廣。






RELATED NEWS RECOMMEND 推薦新聞 More
2022 - 03 - 08
點(diǎn)擊次數(shù): 206
背景“人與自然需要和諧共存;我們只有一個(gè)地球,同在一片藍(lán)天下,讓我們采取新行動(dòng)保護(hù)和凈化我們的地球”。隨著全球各國(guó)環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng),以及石油、天然氣等不可再生資源的日益減少,再加上人均汽車擁有量日益增加,對(duì)環(huán)保和不可再生資源產(chǎn)生極大的挑戰(zhàn);尋求新能源是全球共同迫不及待的追求。近些年來科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步和發(fā)展,全球各國(guó)環(huán)保意識(shí)不斷增強(qiáng),綠色低碳出行的號(hào)召帶動(dòng)了不少新興企業(yè)的快速發(fā)展,新能源汽車便誕生了。新能源汽車?yán)顺痹谌蜷_始盛行,動(dòng)力電池作為新能源汽車核心部件,直接決定了整車性能,而生產(chǎn)設(shè)備的精度和自動(dòng)化水平將直接影響電池的質(zhì)量、效率和一致性。激光技術(shù)作為一種先進(jìn)的加工技術(shù),是高性能動(dòng)力電池生產(chǎn)的最佳選擇。( 數(shù)據(jù)來源:中國(guó)產(chǎn)業(yè)研究院)動(dòng)力電池焊接質(zhì)量的好壞直接決定了電池的連接性能、安全性和使用壽命。激光焊接相較于傳統(tǒng)焊接工藝來說,更適合動(dòng)力電池的焊接。激光焊接具有能量密度高,焊接速...
2020 - 11 - 25
點(diǎn)擊次數(shù): 238
小雪節(jié)氣過后,天氣愈發(fā)寒冷,低溫、大風(fēng)天較多,尤其是北方地區(qū),今年更是早早迎來降溫和雨雪。在冬日極低的溫度條件下,激光器的防凍維護(hù)更要上心:當(dāng)環(huán)境溫度降至冰點(diǎn)以下時(shí),激光器中的冷卻液會(huì)由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài),體積也會(huì)增大并可能漲破水管。而一旦內(nèi)部器件被漲裂,激光器則可能面臨返廠維修的窘境,給用戶帶來較大的經(jīng)濟(jì)損失。                             要如何做才能防止激光器出現(xiàn)上述問題呢?別著急,飛博激光教你防治辦法!方法一:保證水冷機(jī)與激光器的信號(hào)連鎖處于生效狀態(tài),以防水冷機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)影響到激光器的核心部件。方法二:不關(guān)水冷機(jī),尤其在夜晚,請(qǐng)保證水冷機(jī)不停機(jī),同時(shí)將水溫設(shè)置在5~10℃之間,保證冷卻液正常流動(dòng)且溫度在冰...
2019 - 12 - 19
點(diǎn)擊次數(shù): 414
激光深熔焊接作為激光焊接的兩種基本模式之一(另一為熱傳導(dǎo)焊接),其應(yīng)用越來越廣泛。為了獲得更高的激光深熔焊接效益,飛博激光特為各位焊接用戶總結(jié)了此種焊接方式的主要影響因素,包括激光功率密度,焊接速度,焦點(diǎn)位置,保護(hù)氣體,工件接頭裝配間隙,材料本性等各個(gè)方面,助力各家用戶趨利避害,最大限度利用好激光器及激光設(shè)備。 1. 激光功率密度1)進(jìn)行深熔焊接的前提是聚焦激光光斑有足夠高的功率密度,因此激光功率密度對(duì)焊縫成形有決定性的影響。激光功率同時(shí)控制熔透深度與焊接速度,對(duì)一定直徑的激光束,當(dāng)增大激光功率時(shí),熔深加深,焊接速度加快。2) 對(duì)達(dá)到一定焊接熔深的激光功率一般存在臨界值,達(dá)到這個(gè)臨界值時(shí),熔池劇烈沸騰,超過時(shí)則熔深會(huì)急劇減少。另外,由于金屬蒸氣的作用力,熔池內(nèi)會(huì)形成小孔,而小孔正是深熔焊接實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。3) 焦斑功率密度不僅與激光功率成正比,還與激光束...
2019 - 11 - 29
點(diǎn)擊次數(shù): 646
作為中高功率光纖激光器的使用“搭檔”,水冷機(jī)在激光系統(tǒng)運(yùn)行過程中可以起到良好的降溫作用,以防激光器內(nèi)部過熱燒壞元器件給激光器終端使用廠家?guī)聿槐愫蛽p失。但是,若水冷機(jī)使用不當(dāng),同樣會(huì)引起激光器故障,影響廠家的使用和收益。飛博激光為各位終端使用廠家總結(jié)了如下水冷機(jī)的使用注意事項(xiàng),請(qǐng)各位按下文指示正確使用水冷機(jī)。1. 冷卻水可使用去離子水、蒸餾水,冷卻水更換周期為30天以內(nèi),濾芯更換周期為90天以內(nèi)。冷卻水一定要干凈,如果水中有雜質(zhì)可能會(huì)沉積在水冷板中,造成散熱不良。2. 因激光器和輸出頭對(duì)水溫要求不同,推薦使用雙溫雙控的水冷機(jī)為激光器和輸出頭提供制冷。給激光器制冷的水路溫度設(shè)置安裝激光器使用手冊(cè)規(guī)定設(shè)置;給輸出頭的水路溫度設(shè)置為當(dāng)天工作環(huán)境氣溫的最大值。3. 對(duì)于環(huán)境溫度低于0℃的情況,推薦使用帶加熱功能的水冷機(jī),且水冷機(jī)一直保持開機(jī)工作狀態(tài);水冷機(jī)停機(jī)不用時(shí),...
  • 姓名:
  • *
  • 郵箱:
  • *
  • 電話:
  • *
  • 詳細(xì)說明:
  • *
     
上海飛博激光科技股份有限公司
電話: 021-59962338
傳真: 021-59960273
地址:上海市嘉定區(qū)招賢路655號(hào)
Copyright ?2019 - 2024 上海飛博激光科技股份有限公司


犀牛云提供企業(yè)云服務(wù)