Что такое высокоэффективная технология оптической накачки на длине волны 976 нм?
Технология двусторонней высокоэффективной накачки 976 нм — это метод генерации и усиления оптических сигналов за счет возбуждения среды усиления специализированными лазерными источниками накачки с фиксированной длиной волны. Основной принцип технологии заключается в применении лазерных излучателей на 976 нм и схемы двусторонней накачки для повышения общей эффективности лазерной установки, увеличения выходной мощности и улучшения эксплуатационных характеристик.
Преимущества высокоэффективной технологии накачки 976 нм
Схема накачки на длине волны 976 нм эффективно устраняет проблемы нелинейной оптики, характерные для решений с накачкой 915 нм. Коэффициент поглощения волокна усиления для излучения 976 нм в 2–3 раза выше, чем для волны 915 нм. Благодаря повышенному поглощению требуется более короткое волокно усиления, что приводит к целому ряду технических преимуществ: в первую очередь снижению интенсивности нелинейных эффектов и сокращению расходов на сырье для изготовления волокон усиления.
Дополнительную экономическую выгоду обеспечивает оптико-оптическая эффективность: источники накачки на 976 нм имеют примерно на 10 % более высокую оптико-оптическую эффективность по сравнению с излучателями на 915 нм. Таким образом, схема накачки 976 нм демонстрирует максимальную экономическую целесообразность при производстве высокомощных волоконных лазеров.
Лидер массового промышленного внедрения технологии 976 нм в Китае
Компания GW Laser (Гуанхуэй Лазер) с момента основания специализируется на промышленной реализации высокоярких лазерных решений на основе двусторонней накачки 976 нм на территории Китая. Благодаря постоянным техническим прорывам и совместной работе с партнерами по производственной цепочке компании удалось организовать полномасштабное серийное производство оборудования с технологией накачки 976 нм — GW Laser стала первой фирмой в Китае, реализовавшей промышленное массовое производство данной технологии.
GW первой в Китае освоила серийное изготовление изделий на основе технологии накачки 976 нм и является национальным пионером массового выпуска продукции с этим решением.
Коэффициент фотоэлектрического преобразования оборудования компании превышает 42 %, тогда как у конкурентов по отрасли этот показатель составляет всего 25–30 %. Это позволяет конечным потребителям значительно сократить эксплуатационные расходы; среди китайских производителей только GW Laser обеспечивает фотоэлектрическую эффективность выше 40 %.
Одномодовый лазер мощностью 3000 Вт с единственной резонаторной полостью реализован с выводом из волокна диаметром 14 мкм, параметр качества лазерного луча M² менее 1,1 — на сегодня это физический предел для промышленных волоконных лазеров.
Высокомощные лазерные установки киловаттного диапазона стали основным рабочим инструментом для лазерной резки средних и толстых металлических листов. Эксплуатация одного такого лазера позволяет экономить более 100 тысяч юаней на электроэнергию ежегодно, существенно снижая операционные расходы заказчика.
Технические прорывы высокоэффективной технологии накачки 976 нм
После многолетних научно-исследовательских работ специалистам GW Laser удалось организовать полномасштабное промышленное применение технологии накачки 976 нм и реализовать комплекс оптимизаций и инновационных решений по следующим направлениям:
Подбор источников накачки
Разработки компании стартовали с создания специализированных чипов на 976 нм: инженеры переопределили и кастомизировали источники накачки 976 нм, полностью адаптированные под условия массового промышленного производства.
Проект чувствительности чипов и водяных охлаждающих плит
Специалисты компании участвовали в проектировании тепловых подложек и конструкций чипов источников накачки для оптимизации технологии многоэлементной моноблочной герметизации и улучшения теплоотвода. Параллельно настроена система прямого водяного охлаждения: подобраны оптимальные расходные параметры, состав охлаждающей жидкости и другие характеристики для стабильности всех ключевых рабочих показателей. GW Laser оригинально решила проблему охлаждения источников накачки 976 нм и получила патенты на данное изобретение в национальных и международных патентных ведомствах.
Конструктивное проектирование и тепловой контроль сварных соединений
На основе многократных компьютерных имитаций тепловых процессов и практических испытаний разработана инновационная конструкция водяных охлаждающих каналов и плит охлаждения, исключающая влияние перепадов температур системы охлаждения на выходные параметры лазера.
Поскольку волокно усиления интенсивно поглощает излучение 976 нм, плотность энергии в точках сварки волокон становится чрезвычайно высокой. Благодаря авторской технологии теплового контроля сварных соединений GW Laser удалось преодолеть сложности поддержания теплового баланса при сверхвысоких мощностях.
Обработка остаточного излучения
Обработка остаточного излучения является критическим технологическим процессом, обеспечивающим долговременную тепловую стабильность волокон при работе схемы накачки 976 нм. Авторская методика обработки остаточного излучения GW Laser предотвращает механические повреждения оптических компонентов и гарантирует стабильную работу высокомощных лазерных установок.
Комплексная оптимизация конструкции для улучшения выходных характеристик лазера
Путем комплексной оптимизации конструкции лазерного осциллятора, интегрированной системы теплового контроля, корректировки отражающих характеристик дифракционных решеток и других параметров удается подавить эффект нестабильности мод и нелинейные оптические явления, обеспечивая стабильный одномодовый лазерный выход высокой мощности из единственной резонаторной полости.