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976nm泵浦源丨成本與技術的雙重優勢

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【摘要】:
光博會同期,長光華芯技術論壇,期待您的蒞臨!時間:2019年3月20日14:00地點:長光華芯展臺W2.2620主題:《光纖激光與固體激光泵浦方案及產品介紹》???近年來,工業光纖激光器市場發展迅猛,勢頭強勁。國內中低功率光纖激光器市場競爭激烈,國產化替代日漸深入,已全面進入價格競爭階段,控制成本成為光纖激光器廠商參與市場競爭的重要手段。高功率光纖激光器市場需求迫切,市場缺口龐大,但其非線性效應抑

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光博會同期,長光華芯技術論壇,期待您的蒞臨!
時間:2019年3月20日 14:00
地點:長光華芯展臺W2.2620
主題:《光纖激光與固體激光泵浦方案及產品介紹》
 
   近年來,工業光纖激光器市場發展迅猛,勢頭強勁。國內中低功率光纖激光器市場競爭激烈,國產化替代日漸深入,已全面進入價格競爭階段,控制成本成為光纖激光器廠商參與市場競爭的重要手段。高功率光纖激光器市場需求迫切,市場缺口龐大,但其非線性效應抑制等難度較高、光纖激光器廠商正尋求新的解決方案。
 
   隨著工業光纖激光器對泵浦源的溫度控制技術的成熟,976nm波段泵浦源在工業光纖激光器上的應用逐漸被市場認可接受。光纖激光器增益光纖對976nm波段泵源具有較高的吸收效率,能夠有效降低工業光纖激光器的制造成本與泵浦技術難度,不少技術領先的光纖激光器廠商紛紛將技術方案聚焦到976nm波段泵浦方案,以期盡快取得更大的市場優勢。
 
 
相對915nm泵浦,976nm泵浦的應用優勢
 
   工業光纖激光器通過增益光纖(摻鐿光纖)實現從泵浦光到信號光的能量轉換。摻鐿光纖在915nm和976nm波段存在兩個明顯的特征吸收峰,915nm波段吸收系數相對較低,吸收譜較寬;976nm波段吸收系數是915nm波段的2-3倍(如圖1),但吸收譜相對較窄。
 
圖1 摻鐿光纖吸收與激射光譜
 
 915nm/976nm泵浦激光器提供的泵浦光能量,分別與摻鐿光纖的吸收峰特征對應。以往較多的光纖激光器廠商使用915nm波段泵浦方案,原因在于摻鐿光纖在915nm波段較寬的吸收峰,能夠冗余較寬的光纖激光器溫度控制范圍帶來的泵浦波長漂移,但915nm波段泵源較低的吸收系數帶來了成本與技術應用上的雙重障礙,限制了光纖激光器高功率、低成本的發展趨勢。
 
   976nm波段泵浦的光纖激光器,增益光纖對泵浦光的吸收系數更高。據國內多家光纖激光器廠商實用反饋,976nm波段泵浦的光光效率可達到85%,而915nm波段泵浦的的光光效率為75%(如圖2)。在相同的泵浦功率注入下,與915nm波段泵浦相比,采用976nm波段泵浦方案,光纖激光器的輸出功率將高出13%,且976nm波段泵浦需求的增益光纖長度更短,直接降低材料成本的同時,也有效降低了非線性效應,光光效率損失、熱管理難度。但976nm泵浦對光纖激光器溫度控制的要求更高。
 
圖2 915/976nm泵浦摻鐿光纖斜效率對比
 
976nm泵源使用技術的日趨成熟
 
   以往制約976nm泵浦源工業應用的原因主要還是增益光纖在976nm波段的吸收譜較窄;在工作環境溫度變化時,泵浦源中心波長的漂移造成增益有源光纖吸收率大幅變化,容易導致光纖激光器整機輸出功率不穩定。在熱管理技術不夠成熟的過去幾年,開發者多采用吸收峰較寬、但吸收效率更低的915nm波段,來降低環境溫度的影響。采用976nm泵源方案對激光器的熱管理設計有非常嚴格的要求,因此,在過去幾年只有國外少數和國內極少數光纖激光器廠家在量產工業激光器中使用976nm泵源方案。
 
   不同的是,近年來國內光纖激光器廠家在熱管理技術方面逐漸成熟,工業水冷機進行的強制水循環冷卻方式已經完全滿足了光纖激光器對泵浦源溫度控制的要求。目前國內已有多家光纖激光器制造商使用長光華芯的976nm泵源,實現了中低光纖激光器的批量生產供貨,高功率激光器的小批量生產供貨,并在終端客戶處的表現良好。所以,目前來看,使用976nm泵源方案已不存在技術上的應用障礙。
 
 
976nm泵源在中低功率光纖激光器上的成本優勢體現
 
   隨著國內光纖激光器企業的技術發展成熟,國產激光器市場占有率穩步提升,尤其是中低功率光纖激光器,已基本實現國產化替代。隨著中低功率光纖激光器的產品同質化日益嚴重,市場競爭日漸激烈。進入19年以來,已經全面進入價格競爭階段,光纖激光器的成本面臨巨大的市場挑戰,如何降低成本,不少光纖激光器廠商將目標投向976nm泵源。976nm泵源較高的光光轉換效率可以有效降低泵源的成本代價。以1500W光纖激光器為例,976nm泵源相比915nm泵源高出約10%電光效率,將直接節約235W的泵浦源功率,大幅度節約光纖激光器制造成本的同時,也為光纖激光器的終端用戶節省了約11%的電力消耗費用,有效幫助中下游用戶建立起市場競爭優勢。
 
 
高功率光纖激光器976nm泵源技術與成本的雙重優勢
 
   目前國內高功率光纖激光器需求依然依賴進口,市場供不應求,面對巨大的市場缺口,國內不少技術領先光纖激光器廠商紛紛將目光投向高功率光纖激光器的研發生產,并有不少有實力的廠家在技術上正不斷追趕甚至超越國際一流光纖激光器廠商。
 
    借此,高功率光纖激光器的泵浦方案被重新評估。以往使用915nm波段的半導體激光器作為泵浦源,受益于915nm波段較寬的吸收譜,激光器整機受溫度影響較小,但在915nm波段增益有源光纖的吸收效率低,為達到整機光纖激光器更高功率的輸出,在技術上要求使用更高的915nm泵浦功率和更長的有源光纖,這將導致開發者不得不面對增益光纖非線性效應、光光效率損失、熱管理難度增加、單位瓦數成本上升等諸多困難。當輸出功率超過一定水平時,915nm泵浦方案將變得極為復雜而最終失效。
 
   使用976nm波段泵浦方案將很好的解決915nm波段泵浦方案的上述困難。增益光纖對976nm波段吸收效率是915nm波段的2-3倍,更高的吸收效率,意味著需要的增益光纖更短,隨之帶來的非線性效應降低等一系列的技術優勢得以體現,同樣也節約了部分增益光纖的材料成本,加之光光效率帶來的成本優勢(976nm波段泵源比915nm泵源高約10%的光光效率),976nm泵浦方案在高功率光纖激光器上的成本效益進一步得以體現。
 
   當熱管理不再成為制約976nm波段泵浦方案的障礙,976nm泵浦技術的技術與成本雙重優勢得以體現。
 
 
長光華芯致力于為光纖激光器提供理想泵浦源
 
圖3 長光華芯976nm泵源
 
長光華芯自2012年成立以來一直致力于半導體激光器的研發、生產與銷售,長光華芯976nm光纖耦合???,采用自主研發并實現量產的單管芯片,通過精密的光學封裝和嚴苛的工藝過程控制實現高亮度的輸出,可滿足客戶的不同需求,長光華芯可提供:
 
(1)135μm,976nm光纖耦合???,最高輸出功率可達180W;
(2)200μm,976nm光纖耦合???,最高輸出功率可達280W;
(3)帶VBG波長鎖定的976nm光纖耦合???,105μm最高輸出功率可達130W;
 
   主推的976nm三款光纖耦合??椴肥導蔔A 0.16(95%能量),光譜寬度<5nm,中心波長可以控制在±2nm,其中VBG光纖耦合??椴房墑迪植ǔにㄔ凇?.5nm范圍內。
 
   經多家領先的第三方光纖激光器公司驗證,采用長光華芯976nm泵浦源的光纖激光器具有光光轉換效率可達85%,整機系統受環境溫度影響微弱,±5℃波動范圍內光纖激光器性能穩定等特點,同時有效節省有源光纖,使光纖激光器單瓦成本更低。
 
   長光華芯976nm光纖耦合??槭槍ひ蹈吖β使庀思す餛骱頭擅牘庀思す餛骼硐氡悶衷?。

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