En 2021, la Chine sera la seule grande économie au monde à se remettre rapidement de l'épidémie de 2020.La valeur ajoutée des industries au-dessus de la taille désignée au cours de l'année entière augmentera de 9,6 % par rapport à l'année précédente, dont la valeur ajoutée de la fabrication de haute technologie et de la fabrication d'équipements augmentera respectivement.18,2 %, 12,9 %.En particulier, l'industrie du laser en Chine s'est développée rapidement ces dernières années et l'échelle de la chaîne de l'industrie du laser a augmenté rapidement.En 2020, le chiffre d'affaires total des ventes d'équipements laser (y compris les importations) dans les domaines de l'industrie, de l'information, du commerce, de la médecine et de la recherche scientifique sera de 69,2 milliards de yuans, soit une augmentation d'une année sur l'autre par rapport à 2019, en hausse de 5,2 points de pourcentage.Avec la prospérité continue du photovoltaïque, des batteries électriques, de l'automobile et d'autres industries, le chiffre d'affaires global du marché chinois des équipements laser augmentera de 15,6 % en glissement annuel en 2021, pour atteindre 80 milliards de yuans.
▲2010-2021 Marché chinois des équipements laser
Dans le même temps, la technologie du laser évolue également rapidement.Tout d'abord, la technologie de la pompe est transformée de la solution 915 nm avec une zone de contrôle de température plus large à la solution 976 nm avec une efficacité d'absorption plus élevée.Actuellement, sur la voie de la technologie de pompe des lasers à fibre continue haute puissance, la technologie Pu pompe 976nm est devenue la solution technique dominante.De plus, dans la technologie des lasers de 10 000 watts, il y a toujours eu une bataille entre "l'amplification par fibre monocanal" et la "synthèse de faisceau multicanal".Le marché continue de se développer et des facteurs complets tels que la technologie, le coût et l'efficacité sont devenus le facteur essentiel pour la sélection du marché des lasers à fibre industriels.Décomposons les deux voies techniques.
Direction de la technologie laser de 10 000 watts
1. Schéma de combinaison de faisceaux multicanaux
Selon différentes structures de système, les lasers à fibre peuvent être divisés en: lasers à fibre à structure d'oscillateur direct et lasers à fibre à structure d'amplificateur de puissance d'oscillateur maître (MOPA).Le laser à fibre avec la structure d'oscillateur direct est de structure simple et ne contient qu'un oscillateur laser, et le réseau sélectionne et délivre la longueur d'onde spécifique sélectionnée.
Pour un laser à fibre avec une configuration d'oscillateur direct, il se compose principalement d'une paire de réseaux (basse réflexion + haute réflexion), d'une fibre de gain et de plusieurs pompes.Plusieurs faisceaux de lumière de pompe sont couplés dans une fibre de gain à travers un combinateur de faisceau, de sorte que la fibre de gain est dans un état de distribution d'inversion du nombre de particules, de manière à réaliser l'amplification de rayonnement stimulée de la lumière, et enfin sélectionner un longueur d'onde spécifique de la lumière laser à travers le réseau à faible réflexion pour traverser la fibre de sortie.transmis à l'en-tête de sortie.
▲ Laser à fibre basé sur une structure d'oscillateur direct
Selon différentes méthodes de pompage, il peut être divisé en : pompage direct, pompage inverse et pompage bidirectionnel.La direction d'injection de la lumière de la pompe est la même que la direction de sortie du laser est appelée pompage vers l'avant ;la direction d'injection de lumière de pompe est la même que la direction de sortie laser opposée au pompage avant et arrière ;la lumière de la pompe est injectée à partir des directions avant et arrière en même temps.appelé pompage bidirectionnel.À l'heure actuelle, GW et IPG utilisent le schéma de pompage bidirectionnel illustré dans la figure ci-dessus.
À l'heure actuelle, un laser à fibre ou un module avec une structure d'oscillateur direct grand public a une puissance d'environ 3KW, et un laser de puissance supérieure est combiné d'un module à l'autre, c'est-à-dire que la sortie de lumière de plusieurs modules est couplée via un combinateur de faisceaux .dans une fibre puis sortie.Par exemple, 12KW est obtenu en combinant quatre modules de 3KW.
▲ Laser à fibre haute puissance avec schéma de synthèse de faisceau multicanal
2. Schéma d'amplification par fibre monocanal
Le laser à fibre à structure MOPA comprend un oscillateur laser et un ou plusieurs étages d'amplificateurs à fibre.La longueur d'onde sélectionnée par le réseau dans l'oscillateur est utilisée comme lumière de départ, et la lumière de départ est amplifiée sous l'action de l'amplificateur à plusieurs étages, de sorte que la puissance de sortie peut être obtenue dans une certaine mesure.amélioration.
Pour de tels lasers de forte puissance, l'augmentation de puissance n'est pas obtenue en augmentant le nombre de modules, mais principalement par des amplificateurs multi-étages.Par exemple, 12KW est obtenu par une amplification en 3 étapes.
▲ Schéma d'amplification par fibre monocanal basé sur la configuration MOPA Laser à fibre haute puissance
Les avantages du multiplexage des lasers de 10 000 watts
1.La structure de l'ensemble de la machine est simple et facile à entretenir
Étant donné que le laser haute puissance amplifié à canal unique n'a qu'un seul module, l'agencement interne de la lumière, de l'électricité et de l'eau est plus compliqué.Son système de contrôle est relativement plus complexe, et l'oscillateur et l'amplificateur doivent suivre une certaine relation temporelle lors de la mise sous tension et hors tension : lors de la mise sous tension du laser, l'oscillateur doit d'abord être allumé, puis l'amplificateur doit être allumé à partir du amplificateur de premier étage ;L'amplificateur de scène démarre et l'amplificateur s'éteint pas à pas.Une fois que la synchronisation est hors service, il est très probable que cela cause de graves dommages au laser.
Le schéma de synthèse multi-faisceaux adopté par le laser GW, le contrôle laser est relativement simple, il n'y a pas de problème de synchronisation, de problèmes de contrôle de programme et n'endommagera pas la machine.En cas de panne du laser, les réparations peuvent être effectuées simplement en retirant le module endommagé et en le remplaçant par un nouveau.Pour les clients, cela permet d'économiser plus de temps de maintenance.
2. Forte capacité de lumière anti-retour
Contrairement aux oscillateurs, il n'y a pas de réseau aux deux extrémités de la fibre de gain de l'amplificateur.La lumière de retour lors du traitement de matériaux à haute réflexion ou la lumière inverse du post-amplificateur est facile à renvoyer au préamplificateur, ce qui interfère avec le travail du préamplificateur et provoque même des dommages.Par conséquent, il est nécessaire d'ajouter des mesures d'isolation optique supplémentaires.
Schéma de synthèse multi-faisceaux du laser GW, chaque module n'a qu'un seul oscillateur et il n'y a pas de lumière inverse;en même temps, le secret unique du laser GW - technologie anti-haute réflexion ABR: un seul module est équipé d'un dispositif de détection et de décapage de la lumière de retour à cinq niveaux; sur la base de l'anti-réflexion à cinq niveaux d'un module unique, chaque module est équipé d'un dispositif de lumière anti-retour de premier niveau, qui peut protéger efficacement les composants internes contre les dommages, assurer le fonctionnement stable du laser et couper facilement l'or, l'argent, les matériaux hautement réfléchissants tels que le cuivre et l'aluminium conviennent à diverses applications de soudage.
3. Le pompage bidirectionnel améliore la stabilité du système
➢Supprimer le bruit laser
Pour le pompage vers l'avant et vers l'arrière, la lumière de la pompe est injectée dans la fibre dopée à l'ytterbium à partir d'une extrémité, et la lumière de la pompe est plus forte à l'extrémité d'entrée de la fibre dopée à l'ytterbium, de sorte que l'excitation d'inversion des particules est également forte, mais en raison de le facteur d'absorption, la lumière de pompage est forte.La lumière sera atténuée sur toute la longueur de la fibre afin que la saturation du gain soit atteinte à une certaine longueur de fibre et que le bruit augmente.Le pompage bidirectionnel peut rendre la lumière de pompe uniformément répartie dans la fibre, de sorte que le gain soit également réparti uniformément dans la fibre, de sorte que le bruit soit réduit.
➢Soulager la pression unilatérale
Une énergie lumineuse de pompe excessive est couplée dans la fibre de gain, et la section initiale de la fibre de gain absorbe beaucoup la lumière de pompe, de sorte que la température de la fibre est la plus élevée dans la section initiale et que le point de fusion de la fibre supporte la plus grande pression.Le pompage à double extrémité peut faire en sorte que les deux points de fusion des deux côtés de la fibre de gain partagent la pression, ce qui rend le système plus stable.
➢Augmenter le seuil d'instabilité de mode
L'instabilité de mode est liée à la charge thermique de la fibre de gain.Après l'adoption de la méthode de pompage à double extrémité, la distribution de température de la fibre de gain peut être rendue plus uniforme, l'effet thermique est affaibli et la valeur seuil d'instabilité de mode est augmentée.4
.Le schéma de pompage à 976 nm présente des avantages évidents
▶ Taux de conversion plus élevé
La fibre dopée à l'ytterbium a deux pics d'absorption forts à 915 nm et 976 nm, de sorte que la bande de lumière de pompe généralement sélectionnée pour le laser à fibre dopée à l'ytterbium est de 915 nm ou 975 nm.Parmi eux, le pic d'absorption à 975 nm est plus élevé, soit environ 3 fois celui de 915 nm, de sorte que le laser à 1070 nm avec la même puissance ne consomme qu'un tiers de la lumière de pompe à 915 nm.La lumière de la pompe est convertie à partir de l'énergie électrique, ce qui signifie que l'utilisation d'une source de pompe à 976 nm consomme moins d'énergie électrique et est plus efficace et économe en énergie.
▶Réduire les effets non linéaires
Dans le laser à fibre monofréquence continu, il existe certains effets non linéaires, tels que la diffusion Brillouin stimulée, la diffusion Raman stimulée et l'effet Kerr optique, qui dégraderont la qualité du faisceau.Bénéficiant du pic d'absorption plus élevé à 976 nm, la fibre de gain peut être raccourcie en partant du principe de la même efficacité d'absorption, et la réduction de la longueur de la fibre permet d'éviter de supprimer les effets non linéaires.
Épilogue
GW Laser (GW) est basé sur la technologie de pompe à 976 nm et le schéma de synthèse de faisceau multicanal comme ligne principale, et s'engage à améliorer le niveau de puissance et la qualité du faisceau des lasers de 10 000 watts ;dans le même temps, il veille également à améliorer la qualité et la stabilité des produits, à réduire les taux de défaillance des produits et la complexité de la gestion des défaillances.À l'avenir, nous continuerons à fournir à nos clients des lasers à fibre de haute qualité et un support technique solide.
Heure de publication : 21 mars 2022