2021 年には、中国は 2020 年の流行から急速に回復する世界で唯一の主要経済国となるでしょう。通年の一定規模以上の産業の付加価値は前年比9.6％増加し、このうちハイテク製造業と設備製造業の付加価値額がそれぞれ増加する。18.2%、12.9%。特に、中国のレーザー産業は近年急速に発展しており、レーザー産業チェーンの規模は急速に拡大しています。2020年、産業、情報、商業、医療、科学研究の分野におけるレーザー機器の総売上高（輸入を含む）は692億元となり、2019年よりも5.2ポイント増加する。太陽光発電、動力電池、自動車などの産業の繁栄が続く中、中国のレーザー機器市場の全体的な売上高は、2021 年に前年比で 15.6% 増加し、800 億元に達する見込みです。
▲2010-2021年の中国レーザー機器市場
同時に、レーザーの技術も急速に進化しています。まず、ポンプ技術は、より広い温度制御領域を持つ 915nm ソリューションから、より高い吸収効率を持つ 976nm ソリューションに変換されます。現在、高出力連続ファイバーレーザーのポンプ技術ルートでは、976nm ポンプ Pu 技術が主流の技術ソリューションになっています。また、10,000ワットレーザーの技術では、「シングルチャンネルファイバー増幅」と「マルチチャンネルビーム合成」の間で常に戦いが繰り広げられてきました。市場は発展を続けており、技術、コスト、効率などの総合的な要因は、産業用ファイバーレーザー市場を選択するための重要な要因となっています。2 つのテクニカル ルートを分解してみましょう。
10,000 ワット レーザー技術のルート案内
1. マルチチャンネルビーム結合方式
さまざまなシステム構造によると、ファイバーレーザーは、直接発振器構造ファイバーレーザーとマスターオシレーターパワーアンプ (MOPA) 構造ファイバーレーザーに分けることができます。ダイレクトオシレーター構造のファイバーレーザーは、レーザー発振器のみのシンプルな構造で、選択した特定の波長をグレーティングで選択して出力します。
直接発振器構成のファイバーレーザーの場合、主に一対のグレーティング (低反射 + 高反射)、ゲインファイバー、および複数のポンプで構成されます。ポンプ光の複数のビームがビームコンバイナを介してゲインファイバーに結合され、ゲインファイバーが粒子数の反転分布の状態になり、光の誘導放射増幅を実現し、最終的に選択します低反射グレーティングを通過した特定の波長のレーザー光が出力ファイバーを通過します。出力ヘッダーに送信されます。
▲ダイレクトオシレーター構造によるファイバーレーザー
さまざまなポンピング方法によると、フォワードポンピング、リバースポンピング、双方向ポンピングに分けることができます。ポンプ光の注入方向は、レーザーの出力方向と同じであり、フォワード ポンピングと呼ばれます。ポンプ光の注入方向は、順方向および逆方向のポンピングとは反対のレーザー出力方向と同じです。ポンプ光は順方向と逆方向から同時に注入されます。双方向ポンピングと呼ばれます。現在、GW と IPG の両方が、上の図に示す双方向ポンピング方式を使用しています。
現在、主流の直接発振器構造を備えたファイバーレーザーまたはモジュールの出力は約3KWであり、より高出力のレーザーは1つのモジュールから別のモジュールに結合されます。つまり、複数のモジュールからの光出力はビームコンバイナーを介して結合されます.ファイバーにして出力します。たとえば、3KWのモジュールを4つ組み合わせると12KWになります。
▲マルチチャンネルビーム合成方式の高出力ファイバーレーザー
2. シングルチャネルファイバー増幅方式
MOPA構造のファイバーレーザーには、レーザー発振器と1段以上のファイバー増幅器が含まれます。発振器内のグレーティングで選択された波長を種光とし、多段増幅器の働きで種光を増幅することで、ある程度の出力パワーを得ることができます。改善。
このような高出力レーザーの場合、出力の増加はモジュールの数を増やすことによって達成されるのではなく、主に多段増幅器によって達成されます。例えば、3段増幅で12KWが得られます。
▲MOPA構成に基づくシングルチャンネルファイバー増幅方式 高出力ファイバーレーザー
10,000 ワットのレーザーを多重化する利点
1.機械全体の構造がシンプルでメンテナンスが容易
シングルチャンネル増幅高出力レーザーはモジュールが1つしかないため、光、電気、水の内部配置はより複雑です。その制御システムは比較的複雑で、オシレータと増幅器は、オンとオフを切り替えるときに特定のタイミング関係に従う必要があります。レーザーをオンにするときは、最初にオシレータをオンにし、次に増幅器を初段アンプ;ステージ アンプが起動し、アンプが段階的にオフになります。タイミングが狂うと、レーザーに重大な損傷を与える可能性が非常に高くなります。
GWレーザーが採用するマルチビーム合成方式は、レーザー制御が比較的簡単で、タイミングの問題やプログラム制御の問題がなく、機械に損傷を与えることはありません。レーザーに障害が発生した場合、損傷したモジュールを取り外して新しいモジュールと交換するだけで修理できます。顧客にとっては、より多くのメンテナンス時間を節約できます。
2. 強力な逆光防止能力
発振器とは異なり、増幅器のゲイン ファイバの両端にはグレーティングがありません。高反射材加工時の戻り光やポストアンプの逆光がプリアンプに戻りやすく、プリアンプの働きを阻害し破損の原因にもなります。したがって、追加の光分離手段を追加する必要があります。
GWレーザーのマルチビーム合成スキーム、各モジュールには発振器が1つしかなく、逆光はありません。同時に、GW レーザーのユニークな秘密 – ABR 高反射防止技術: 単一のモジュールには、5 レベルの戻り光検出および除去装置が装備されています。単一モジュール、各モジュールには、内部コンポーネントを損傷から効果的に保護し、レーザーの安定した動作を保証し、金、銀、銅などの高反射材料を簡単に切断できる第 1 レベルの反射防止装置が装備されています。アルミニウムは、さまざまな溶接用途に適しています。
3. 双方向ポンピングによりシステムの安定性が向上
➢レーザーノイズの抑制
順方向および逆方向ポンピングでは、ポンプ光はイッテルビウム添加ファイバーに一方の端から注入され、ポンプ光はイッテルビウム添加ファイバーの入力端でより強くなるため、粒子反転励起も強くなりますが、吸収率、励起光が強い。光はファイバーの長さに沿って減衰するため、特定のファイバー長でゲイン飽和に達し、ノイズが増加します。双方向ポンピングは、ポンプ光をファイバー内に均等に分散させることができるため、ゲインもファイバー内に均等に分散され、ノイズが低減されます。
➢片端圧力を軽減
過剰なポンプ光エネルギーがゲイン ファイバに結合され、ゲイン ファイバの最初のセクションでポンプ光が大量に吸収されるため、最初のセクションでファイバ温度が最も高くなり、ファイバの融点が最大の圧力に耐えます。ダブルエンド ポンピングにより、ゲイン ファイバーの両側にある 2 つの融点が圧力を共有し、システムがより安定して動作します。
➢モード不安定の閾値を上げる
モードの不安定性は、ゲイン ファイバーの熱負荷に関連しています。ダブルエンドポンピング方式を採用した後、ゲインファイバーの温度分布をより均一にすることができ、熱効果が弱まり、モード不安定性のしきい値が増加します.4
.976nm 励起方式には明らかな利点があります
▶ 高いコンバージョン率
イッテルビウム添加ファイバーには 915nm と 976nm に 2 つの強い吸収ピークがあるため、イッテルビウム添加ファイバー レーザーに通常選択される励起光帯域は 915nm または 975nm です。その中で、975nm での吸収ピークが高く、915nm の約 3 倍であるため、同じ出力の 1070nm レーザーは 915nm ポンプ光の 3 分の 1 しか消費しません。ポンプ光は電気エネルギーから変換されます。つまり、976nm のポンプ光源を使用すると、電気エネルギーの消費が少なくなり、より効率的で省エネルギーになります。
▶非線形効果の低減
連続単一周波数ファイバーレーザーでは、誘導ブリルアン散乱、誘導ラマン散乱、光カー効果などの非線形効果があり、ビーム品質が低下します。976nm でのより高い吸収ピークの恩恵を受けて、同じ吸収効率の前提の下でゲイン ファイバーを短くすることができ、ファイバー長を短くすると、非線形効果の抑制を回避するのに役立ちます。
エピローグ
GW レーザー (GW) は、976nm ポンプ技術とマルチチャンネル ビーム合成スキームをメイン ラインとしており、10,000 ワット レーザーの出力レベルとビーム品質の向上に取り組んでいます。同時に、製品の品質と安定性の向上、製品の故障率の低減、および故障処理の複雑さにも注意を払っています。今後も、お客様に高品質のファイバーレーザーと強力な技術サポートを提供し続けます。
投稿時間: 2022 年 3 月 21 日