В 2021 году Китай станет единственной крупной экономикой в мире, которая быстро оправится от эпидемии 2020 года. Добавленная стоимость отраслей сверх установленного размера в целом по году увеличится на 9,6% по сравнению с предыдущим годом, из них соответственно увеличится добавленная стоимость высокотехнологичного производства и производства оборудования. 18,2%, 12,9%. В частности, лазерная промышленность Китая быстро развивалась в последние годы, и масштаб сети лазерной промышленности быстро увеличивался. В 2020 г. общий доход от продаж лазерного оборудования (включая импорт) в сферах промышленности, информации, торговли, медицины и научных исследований составит 69,2 млрд юаней, увеличившись в годовом исчислении по сравнению с 2019 г. на 5,2 процентных пункта. С продолжающимся процветанием фотоэлектрической, аккумуляторной, автомобильной и других отраслей промышленности. В то же время технология лазера также быстро совершенствуется. Во-первых, насосная технология преобразуется с решения с длиной волны 915 нм с более широкой зоной регулирования температуры на решение с длиной волны 976 нм с более высокой эффективностью поглощения. В настоящее время на маршруте технологии накачки мощных непрерывных волоконных лазеров технология накачки Pu 976 нм стала основным техническим решением. Кроме того, в технологии 10000-ваттных лазеров всегда шла битва между «одноканальным волоконным усилением» и «многоканальным синтезом пучка». Рынок продолжает развиваться, и комплексные факторы, такие как технология, стоимость и эффективность, стали основным фактором при выборе рынка промышленных волоконных лазеров. Давайте разберем два технических маршрута.
Направление маршрута лазерной технологии мощностью 10 000 Вт
1. Схема многоканального объединения лучей
В соответствии с различной структурой системы волоконные лазеры можно разделить на: волоконные лазеры со структурой прямого генератора и волоконные лазеры со структурой усилителя мощности задающего генератора (MOPA). Волоконный лазер со структурой прямого генератора имеет простую структуру и содержит только лазерный генератор, а решетка выбирает и выводит выбранную конкретную длину волны.
Для волоконного лазера с конфигурацией прямого генератора он в основном состоит из пары решеток (низкое отражение + высокое отражение), усиливающего волокна и нескольких накачек. Несколько лучей света накачки соединяются с усиливающим волокном через объединитель лучей, так что усиливающее волокно находится в состоянии инверсионного распределения количества частиц, чтобы реализовать усиление света стимулированным излучением, и, наконец, выбрать определенная длина волны лазерного света через решетку с низким коэффициентом отражения для прохождения через выходное волокно. передается в выходной заголовок.
В соответствии с различными методами откачки ее можно разделить на: прямую откачку, обратную откачку и двунаправленную откачку. Направление инжекции света накачки совпадает с направлением выхода лазера и называется прямой накачкой; направление инжекции света накачки совпадает с направлением выхода лазера, противоположным прямой и обратной накачке; свет накачки подается одновременно в прямом и обратном направлениях. называется двунаправленной накачкой. В настоящее время и GW, и IPG используют двунаправленную схему накачки, показанную на рисунке выше.
В настоящее время волоконный лазер или модуль с основной структурой прямого генератора имеет мощность около 3 кВт, а более мощный лазер объединяется от одного модуля к другому, то есть световой выход от нескольких модулей передается через объединитель лучей. . в волокно, а затем на выходе. Например, 12кВт получается при объединении четырех модулей по 3кВт.
2. Схема усиления по одноканальному волокну
Волоконный лазер со структурой MOPA включает в себя лазерный генератор и один или несколько каскадов волоконных усилителей. Длина волны, выбранная решеткой в генераторе, используется в качестве затравочного света, а затравочный свет усиливается под действием многокаскадного усилителя, так что выходная мощность может быть получена в определенной степени. улучшение.
Для таких мощных лазеров увеличение мощности достигается не за счет увеличения количества модулей, а в основном за счет многокаскадных усилителей. Например, 12кВт получается за счет 3-х ступенчатого усиления.
Преимущества мультиплексирования лазеров мощностью 10 000 Вт
1. Структура всей машины проста и удобна в обслуживании.
Так как одноканальный усиленный мощный лазер имеет только один модуль, внутреннее устройство света, электричества и воды усложняется. Его система управления относительно более сложная, и генератор и усилитель должны следовать определенному временному соотношению при включении и выключении: при включении лазера сначала должен включаться генератор, а затем усилитель должен включаться с усилитель первого каскада; Ступенчатый усилитель запускается, и усилитель постепенно выключается. Как только синхронизация вышла из строя, это может привести к серьезному повреждению лазера.
Схема многолучевого синтеза, принятая лазером GW, управление лазером относительно простое, нет проблем с синхронизацией, проблем с программным управлением и не приведет к повреждению машины. В случае отказа лазера ремонт можно выполнить, просто удалив поврежденный модуль и заменив его новым. Для клиентов это экономит больше времени на техническое обслуживание.
2. Сильная способность против возврата света
В отличие от генераторов, на обоих концах усиливающего волокна усилителя нет решетки. Обратный свет при обработке материалов с высоким коэффициентом отражения или обратный свет постусилителя легко возвращается в предусилитель, что мешает работе предусилителя и даже вызывает его поломку. Следовательно, необходимо добавить дополнительные меры оптической изоляции.
многолучевая схема синтеза лазера GW, каждый модуль имеет только один осциллятор, и нет обратного света; в то же время, уникальный секрет лазера GW - антибликовая технология ABR: один модуль оснащен пятиуровневым устройством обнаружения и зачистки обратного света; на основе пятиуровневого антибликового один модуль, каждый модуль оснащен устройством защиты от обратного света первого уровня, которое может эффективно защитить внутренние компоненты от повреждений, обеспечить стабильную работу лазера и легко резать золото, серебро, материалы с высокой отражающей способностью, такие как медь и алюминия подходят для различных сварочных работ.
3. Двунаправленная перекачка повышает стабильность системы
➢Подавить лазерный шум
Для прямой и обратной накачки свет накачки вводится в волокно, легированное иттербием, с одного конца, и свет накачки сильнее на входном конце волокна, легированного иттербием, поэтому возбуждение инверсии частиц также сильное, но из-за коэффициент поглощения, свет накачки сильный. Свет будет ослабляться по длине волокна, так что при определенной длине волокна достигается насыщение усиления, и шум увеличивается. Двунаправленная накачка может сделать свет накачки равномерно распределенным по волокну, так что усиление также будет равномерно распределено по волокну, так что шум будет уменьшен.
➢Сбросьте одностороннее давление
Чрезмерная энергия света накачки поступает в усиливающее волокно, и начальный участок усиливающего волокна сильно поглощает свет накачки, поэтому температура волокна самая высокая в начальном участке, а точка плавления волокна выдерживает наибольшее давление. Двусторонняя накачка может заставить две точки плавления по обеим сторонам усиливающего волокна разделить давление, что делает работу системы более стабильной.
➢Увеличить порог неустойчивости режима
Нестабильность мод связана с тепловой нагрузкой усиливающего волокна. После применения двухстороннего метода накачки можно сделать распределение температуры усиливающего волокна более равномерным, тепловой эффект ослабить, а пороговое значение нестабильности мод увеличить.4
. Схема прокачки 976нм имеет очевидные преимущества
▶ Более высокий коэффициент конверсии
Волокно, легированное иттербием, имеет два сильных пика поглощения при 915 нм и 976 нм, поэтому полоса излучения накачки, обычно выбираемая для волоконного лазера, легированного иттербием, составляет 915 нм или 975 нм. Среди них пик поглощения при 975 нм выше, что примерно в 3 раза больше, чем при 915 нм, поэтому лазер 1070 нм с той же мощностью потребляет только одну треть света накачки 915 нм. Свет накачки преобразуется из электрической энергии, что означает, что использование источника накачки 976 нм потребляет меньше электроэнергии и является более эффективным и энергосберегающим.
▶Меньшие нелинейные эффекты
В непрерывном одночастотном волоконном лазере существуют некоторые нелинейные эффекты, такие как вынужденное рассеяние Бриллюэна, вынужденное комбинационное рассеяние и оптический эффект Керра, которые ухудшают качество луча. Благодаря более высокому пику поглощения при 976 нм, усиливающее волокно можно сделать короче при той же эффективности поглощения, а уменьшение длины волокна помогает избежать подавления нелинейных эффектов.
