En 2021, China será la única economía importante del mundo que se recuperará rápidamente de la epidemia de 2020.El valor agregado de las industrias por encima del tamaño designado en todo el año aumentará un 9,6 % con respecto al año anterior, de las cuales el valor agregado de la fabricación de alta tecnología y la fabricación de equipos aumentará, respectivamente.18,2%, 12,9%.En particular, la industria del láser de China se ha desarrollado rápidamente en los últimos años y la escala de la cadena de la industria del láser ha aumentado rápidamente.En 2020, los ingresos totales por ventas de equipos láser (incluidas las importaciones) en los campos de la industria, la información, el comercio, la medicina y la investigación científica serán de 69.200 millones de yuanes, un aumento interanual con respecto a 2019 de 5,2 puntos porcentuales.Con la continua prosperidad de las industrias fotovoltaica, de baterías eléctricas, automotriz y otras, los ingresos generales por ventas del mercado de equipos láser de China aumentarán un 15,6 % interanual en 2021, alcanzando los 80.000 millones de yuanes.
▲2010-2021 Mercado de equipos láser de China
Al mismo tiempo, la tecnología del láser también se está iterando rápidamente.Primero, la tecnología de la bomba se transforma de la solución de 915nm con un área de control de temperatura más amplia a la solución de 976nm con mayor eficiencia de absorción.Actualmente, en la ruta de la tecnología de bombeo de láseres de fibra continua de alta potencia, la tecnología Pu de bombeo de 976nm se ha convertido en la solución técnica principal.Además, en la tecnología de láseres de 10.000 vatios, siempre ha habido una batalla entre la "amplificación de fibra de un solo canal" y la "síntesis de haz de varios canales".El mercado continúa desarrollándose, y factores integrales como la tecnología, el costo y la eficiencia se ha convertido en el factor central para la selección del mercado de láser de fibra industrial.Analicemos las dos rutas técnicas.
Dirección de ruta con tecnología láser de 10,000 vatios
1. Esquema de combinación de haz multicanal
De acuerdo con las diferentes estructuras del sistema, los láseres de fibra se pueden dividir en: láseres de fibra de estructura de oscilador directo y láseres de fibra de estructura de amplificador de potencia de oscilador maestro (MOPA).El láser de fibra con la estructura del oscilador directo es de estructura simple y solo contiene un oscilador láser, y la rejilla selecciona y emite la longitud de onda específica seleccionada.
Para un láser de fibra con una configuración de oscilador directo, consta principalmente de un par de rejillas (baja reflexión + alta reflexión), una fibra de ganancia y varias bombas.Múltiples haces de luz de bomba se acoplan en una fibra de ganancia a través de un combinador de haz, de modo que la fibra de ganancia esté en un estado de distribución de inversión del número de partículas, para realizar la amplificación de radiación estimulada de la luz, y finalmente seleccione un longitud de onda específica de la luz láser a través de la rejilla de baja reflexión para pasar a través de la fibra de salida.transmitido al encabezado de salida.
▲ Láser de fibra basado en estructura de oscilador directo
Según los diferentes métodos de bombeo, se puede dividir en: bombeo directo, bombeo inverso y bombeo bidireccional.La dirección de inyección de luz de la bomba es la misma que la dirección de salida del láser y se denomina bombeo hacia adelante;la dirección de inyección de luz de la bomba es la misma que la dirección de salida del láser opuesta al bombeo hacia adelante y hacia atrás;la luz de la bomba se inyecta desde las direcciones de avance y retroceso al mismo tiempo.llamado bombeo bidireccional.En la actualidad, tanto GW como IPG utilizan el esquema de bombeo bidireccional que se muestra en la figura anterior.
En la actualidad, un láser de fibra o módulo con una estructura de oscilador directo principal tiene una potencia de aproximadamente 3 KW, y un láser de mayor potencia se combina de un módulo a otro, es decir, la salida de luz de varios módulos se acopla a través de un combinador de haz. .en una fibra y luego la salida.Por ejemplo, 12KW se obtienen combinando cuatro módulos de 3KW.
▲ Láser de fibra de alta potencia con esquema de síntesis de haz multicanal
2. Esquema de amplificación de fibra de un solo canal
El láser de fibra con estructura MOPA incluye un oscilador láser y una o más etapas de amplificadores de fibra.La longitud de onda seleccionada por la rejilla en el oscilador se utiliza como semilla de luz, y la semilla de luz se amplifica bajo la acción del amplificador multietapa, de modo que la potencia de salida se puede obtener hasta cierto punto.mejora.
Para tales láseres de alta potencia, el aumento de potencia no se logra aumentando el número de módulos, sino principalmente mediante amplificadores de etapas múltiples.Por ejemplo, 12KW se obtienen mediante amplificación de 3 etapas.
▲ Esquema de amplificación de fibra de un solo canal basado en configuración MOPA Láser de fibra de alta potencia
Las ventajas de multiplexar láseres de 10.000 vatios
1. La estructura de toda la máquina es simple y fácil de mantener.
Dado que el láser de alta potencia amplificado de un solo canal tiene un solo módulo, la disposición interna de la luz, la electricidad y el agua es más complicada.Su sistema de control es relativamente más complejo, y el oscilador y el amplificador deben seguir una cierta relación de tiempo al encenderse y apagarse: al encender el láser, el oscilador debe encenderse primero y luego el amplificador debe encenderse desde el amplificador de primera etapa;El amplificador de escenario se inicia y el amplificador se apaga paso a paso hacia adelante.Una vez que la sincronización está fuera de servicio, es muy probable que cause daños graves al láser.
El esquema de síntesis de múltiples haces adoptado por el láser GW, el control del láser es relativamente simple, no hay problemas de sincronización, problemas de control del programa y no causará daños a la máquina.En caso de falla del láser, las reparaciones se pueden realizar simplemente retirando el módulo dañado y reemplazándolo por uno nuevo.Para los clientes, ahorra más tiempo de mantenimiento.
2. Fuerte capacidad de luz antirretorno
A diferencia de los osciladores, no hay rejillas en ambos extremos de la fibra de ganancia del amplificador.La luz de retorno cuando se procesan materiales de alta reflexión o la luz de marcha atrás del postamplificador es fácil de devolver al preamplificador, lo que interfiere con el trabajo del preamplificador e incluso causa daños.Por lo tanto, es necesario agregar medidas adicionales de aislamiento óptico.
Esquema de síntesis de múltiples haces de láser GW, cada módulo tiene solo un oscilador y no hay luz de marcha atrás;Al mismo tiempo, el secreto único del láser GW: tecnología antirreflejo ABR: un solo módulo está equipado con un dispositivo de detección y extracción de luz de retorno de cinco niveles; Sobre la base del antirreflejo de cinco niveles de un Módulo único, cada módulo está equipado con un dispositivo de luz antirretorno de primer nivel, que puede proteger eficazmente los componentes internos de daños, garantizar el funcionamiento estable del láser y cortar fácilmente oro, plata, materiales altamente reflectantes como cobre y aluminio son adecuados para diversas aplicaciones de soldadura.
3. El bombeo bidireccional mejora la estabilidad del sistema
➢Suprimir el ruido del láser
Para el bombeo directo e inverso, la luz de la bomba se inyecta en la fibra dopada con iterbio desde un extremo, y la luz de la bomba es más fuerte en el extremo de entrada de la fibra dopada con iterbio, por lo que la excitación de inversión de partículas también es fuerte, pero debido a el factor de absorción, la luz de bombeo es fuerte.La luz se atenuará a lo largo de la fibra, de modo que se alcanza la saturación de ganancia en una determinada longitud de fibra y aumenta el ruido.El bombeo bidireccional puede hacer que la luz de la bomba se distribuya uniformemente en la fibra, de modo que la ganancia también se distribuya uniformemente en la fibra, de modo que se reduzca el ruido.
➢Aliviar la presión de un solo extremo
La energía de la luz de la bomba excesiva se acopla a la fibra de ganancia, y la sección inicial de la fibra de ganancia absorbe mucho la luz de la bomba, por lo que la temperatura de la fibra es la más alta en la sección inicial y el punto de fusión de la fibra soporta la mayor presión.El bombeo de doble extremo puede hacer que los dos puntos de fusión en ambos lados de la fibra de ganancia compartan la presión, lo que hace que el sistema funcione de manera más estable.
➢Aumentar el umbral de inestabilidad de modo
La inestabilidad de modo está relacionada con la carga térmica de la fibra de ganancia.Después de adoptar el método de bombeo de doble extremo, la distribución de temperatura de la fibra de ganancia se puede hacer más uniforme, el efecto térmico se debilita y el valor umbral de inestabilidad de modo aumenta.4
.El esquema de bombeo de 976nm tiene ventajas obvias
▶ Mayor tasa de conversión
La fibra dopada con iterbio tiene dos fuertes picos de absorción a 915nm y 976nm, por lo que la banda de luz de bombeo generalmente seleccionada para el láser de fibra dopada con iterbio es 915nm o 975nm.Entre ellos, el pico de absorción a 975nm es mayor, que es aproximadamente 3 veces mayor que el de 915nm, por lo que el láser de 1070nm con la misma potencia consume solo un tercio de la luz de la bomba de 915nm.La luz de la bomba se convierte de energía eléctrica, lo que significa que el uso de una fuente de bomba de 976nm consume menos energía eléctrica y es más eficiente y ahorra energía.
▶Menores efectos no lineales
En el láser de fibra de frecuencia única continuo, existen algunos efectos no lineales, como la dispersión Brillouin estimulada, la dispersión Raman estimulada y el efecto Kerr óptico, que degradarán la calidad del haz.Al beneficiarse del pico de absorción más alto a 976 nm, la fibra de ganancia se puede acortar bajo la premisa de la misma eficiencia de absorción, y la reducción de la longitud de la fibra ayuda a evitar la supresión de los efectos no lineales.
Epílogo
GW Laser (GW) se basa en la tecnología de bomba de 976nm y el esquema de síntesis de haz multicanal como línea principal, y se compromete a mejorar el nivel de potencia y la calidad del haz de los láseres de 10,000 vatios;al mismo tiempo, también presta atención a mejorar la calidad y la estabilidad de los productos, reduciendo las tasas de fallas de los productos y la complejidad de las fallas en el manejo.En el futuro, continuaremos brindando a los clientes láseres de fibra de alta calidad y un sólido soporte técnico.
Hora de publicación: 21-mar-2022