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如何降低高功率光纤激光器成本?看976nm泵源的双重优势

近年来,工业12bet市场发展迅猛,势头强劲。国内中低功率光纤激光器市场竞争激烈,国产替代日渐深入,已全面进入价格竞争阶段,控制成本成为光纤激光器厂商参与市场竞争的重要手段。高功率光纤激光器市场需求迫切,市场缺口庞大,但其非线性效应抑制难度较高,光纤激光器厂商正寻求新的解决方案。

随着工业光纤激光器对泵浦源的温度控制技术的成熟,976nm波段泵浦源在工业光纤激光器上的应用逐渐被市场认可接受。光纤激光器增益光纤对976nm波段泵源具有较高的吸收效率,能够有效降低工业光纤激光器的制造成本与泵浦技术难度,不少技术领先的光纤激光器厂商纷纷将技术方案聚焦到976nm波段泵浦方案,以期尽快取得更大的市场优势。

相对915nm泵浦,976nm泵浦的应用优势

工业光纤激光器通过增益光纤(掺镱光纤)实现从泵浦光到信号光的能量转换。掺镱光纤在915nm和976nm波段存在两个明显的特征吸收峰,915nm波段吸收系数相对较低,吸收谱较宽;976nm波段吸收系数是915nm波段的2-3倍(如图1),但吸收谱相对较窄。

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图1 掺镱光纤吸收与激射光谱

915nm/976nm泵浦激光器提供的泵浦光能量,分别与掺镱光纤的吸收峰特征对应。以往较多的光纤激光器厂商使用915nm波段泵浦方案,原因在于掺镱光纤在915nm波段较宽的吸收峰,能够冗余较宽的光纤激光器温度控制范围带来的泵浦波长漂移,但915nm波段泵源较低的吸收系数带来了成本与技术应用上的双重障碍,限制了光纤激光器高功率、低成本的发展趋势。

976nm波段泵浦的光纤激光器,增益光纤对泵浦光的吸收系数更高。据国内多家光纤激光器厂商实用反馈,976nm波段泵浦的光光效率可达到85%,而915nm波段泵浦的的光光效率为75%(如图2)。在相同的泵浦功率注入下,与915nm波段泵浦相比,采用976nm波段泵浦方案,光纤激光器的输出功率将高出13%,且976nm波段泵浦需求的增益光纤长度更短,直接降低材料成本的同时,也有效降低了非线性效应,光光效率损失、热管理难度。但976nm泵浦对光纤激光器温度控制的要求更高。

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图2 915/976nm泵浦掺镱光纤斜效率对比

976nm泵源使用技术的日趋成熟

以往制约976nm泵浦源工业应用的原因主要还是增益光纤在976nm波段的吸收谱较窄;在工作环境温度变化时,泵浦源中心波长的漂移造成增益有源光纤吸收率大幅变化,容易导致光纤激光器整机输出功率不稳定。在热管理技术不够成熟的过去几年,开发者多采用吸收峰较宽、但吸收效率更低的915nm波段,来降低环境温度的影响。采用976nm泵源方案对激光器的热管理设计有非常严格的要求,因此,在过去几年只有国外少数和国内极少数光纤激光器厂家在量产工业激光器中使用976nm泵源方案。

不同的是,近年来国内光纤激光器厂家在热管理技术方面逐渐成熟,工业水冷机进行的强制水循环冷却方式已经完全满足了光纤激光器对泵浦源温度控制的要求。目前国内已有多家光纤激光器制造商使用长光华芯的976nm泵源,实现了中低光纤激光器的批量生产供货,高功率激光器的小批量生产供货,并在终端客户处的表现良好。所以,目前来看,使用976nm泵源方案已不存在技术上的应用障碍。

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