Em 2021, a China será a única grande economia do mundo a se recuperar rapidamente da epidemia de 2020.O valor agregado das indústrias acima do tamanho designado em todo o ano aumentará 9,6% em relação ao ano anterior, dos quais o valor agregado da fabricação de alta tecnologia e da fabricação de equipamentos aumentará, respectivamente.18,2%, 12,9%.Em particular, a indústria de laser da China se desenvolveu rapidamente nos últimos anos, e a escala da cadeia da indústria de laser aumentou rapidamente.Em 2020, a receita total de vendas de equipamentos a laser (incluindo importações) nas áreas de indústria, informação, comércio, medicina e pesquisa científica será de 69,2 bilhões de yuans, um aumento ano a ano em relação a 2019. até 5,2 pontos percentuais.Com a prosperidade contínua das indústrias fotovoltaica, bateria de energia, automobilística e outras, a receita geral de vendas do mercado de equipamentos a laser da China aumentará 15,6% ano a ano em 2021, atingindo 80 bilhões de yuans.
▲2010-2021 mercado de equipamentos a laser da China
Ao mesmo tempo, a tecnologia do laser também está iterando rapidamente.Primeiro, a tecnologia da bomba é transformada da solução de 915 nm com uma área de controle de temperatura mais ampla para a solução de 976 nm com maior eficiência de absorção.Atualmente, na rota de tecnologia de bomba de lasers de fibra contínua de alta potência, a tecnologia Pu de bomba de 976 nm tornou-se a solução técnica dominante.Além disso, na tecnologia de lasers de 10.000 watts, sempre houve uma batalha entre a “amplificação de fibra de canal único” e a “síntese de feixe multicanal”.O mercado continua a se desenvolver e fatores abrangentes, como tecnologia, custo e eficiência, tornaram-se o fator principal para a seleção do mercado de laser de fibra industrial.Vamos dividir as duas rotas técnicas.
Direção de rota com tecnologia laser de 10.000 watts
1. Esquema de combinação de feixe multicanal
De acordo com as diferentes estruturas do sistema, os lasers de fibra podem ser divididos em: lasers de fibra com estrutura de oscilador direto e lasers de fibra com estrutura de amplificador de potência do oscilador principal (MOPA).O laser de fibra com estrutura de oscilador direto é simples em estrutura e contém apenas um oscilador de laser, e a grade seleciona e emite o comprimento de onda específico selecionado.
Para um laser de fibra com configuração de oscilador direto, ele consiste principalmente de um par de grades (baixa reflexão + alta reflexão), uma fibra de ganho e várias bombas.Múltiplos feixes de luz da bomba são acoplados em uma fibra de ganho através de um combinador de feixe, de modo que a fibra de ganho esteja em um estado de distribuição de inversão do número de partículas, de modo a realizar a amplificação da radiação estimulada da luz e, finalmente, selecionar um comprimento de onda específico da luz do laser através da grade de baixa reflexão para passar pela fibra de saída.transmitido para o cabeçalho de saída.
▲ Laser de fibra baseado na estrutura do oscilador direto
De acordo com diferentes métodos de bombeamento, pode ser dividido em: bombeamento direto, bombeamento reverso e bombeamento bidirecional.A direção da injeção de luz da bomba é a mesma que a direção de saída do laser é chamada de bombeamento direto;a direção da injeção de luz da bomba é a mesma que a direção de saída do laser oposta ao bombeamento direto e reverso;a luz da bomba é injetada nas direções direta e reversa ao mesmo tempo.chamado bombeamento bidirecional.Atualmente, tanto GW quanto IPG usam o esquema de bombeamento bidirecional mostrado na figura acima.
Atualmente, um laser de fibra ou módulo com uma estrutura de oscilador direto principal tem uma potência de cerca de 3KW, e um laser de maior potência é combinado de um módulo para outro, ou seja, a saída de luz de vários módulos é acoplada por meio de um combinador de feixe .em uma fibra e, em seguida, saída.Por exemplo, 12KW é obtido combinando quatro módulos de 3KW.
▲ Laser de fibra de alta potência com esquema de síntese de feixe multicanal
2. Esquema de amplificação de fibra de canal único
O laser de fibra com estrutura MOPA inclui um oscilador de laser e um ou mais estágios de amplificadores de fibra.O comprimento de onda selecionado pela grade no oscilador é usado como a luz semente, e a luz semente é amplificada sob a ação do amplificador de vários estágios, de modo que a potência de saída possa ser obtida até certo ponto.melhoria.
Para esses lasers de alta potência, o aumento de potência não é alcançado aumentando o número de módulos, mas principalmente por amplificadores de vários estágios.Por exemplo, 12KW é obtido através da amplificação em 3 estágios.
▲ Esquema de amplificação de fibra de canal único baseado na configuração MOPA Laser de fibra de alta potência
As vantagens da multiplexação de lasers de 10.000 watts
1. A estrutura de toda a máquina é simples e fácil de manter
Como o laser de alta potência amplificado de canal único possui apenas um módulo, o arranjo interno de luz, eletricidade e água é mais complicado.Seu sistema de controle é relativamente mais complexo, e o oscilador e o amplificador precisam seguir uma certa relação de tempo ao ligar e desligar: ao ligar o laser, o oscilador deve ser ligado primeiro e depois o amplificador deve ser ligado a partir do amplificador de primeiro estágio;O amplificador de palco é iniciado e o amplificador é desligado passo a passo.Uma vez que o tempo está fora de ordem, é muito provável que cause sérios danos ao laser.
O esquema de síntese de feixe múltiplo adotado pelo laser GW, o controle do laser é relativamente simples, não há problema de temporização, problemas de controle de programa e não causará danos à máquina.No caso de falha do laser, os reparos podem ser realizados simplesmente removendo o módulo danificado e substituindo-o por um novo.Para os clientes, economiza mais tempo de manutenção.
2. Forte capacidade de luz antirretorno
Diferente dos osciladores, não há grade em ambas as extremidades da fibra de ganho do amplificador.A luz de retorno ao processar materiais de alta reflexão ou a luz reversa do pós-amplificador é fácil de retornar ao pré-amplificador, o que interfere no trabalho do pré-amplificador e até causa danos.Portanto, é necessário adicionar medidas adicionais de isolamento óptico.
Esquema de síntese multifeixe do laser GW, cada módulo possui apenas um oscilador e não há luz reversa;ao mesmo tempo, o segredo exclusivo do laser GW - tecnologia anti-reflexo ABR: um único módulo é equipado com um dispositivo de detecção e decapagem de luz de retorno de cinco níveis; Com base no anti-reflexo de cinco níveis de um módulo único, cada módulo é equipado com um dispositivo de luz anti-retorno de primeiro nível, que pode efetivamente proteger os componentes internos contra danos, garantir a operação estável do laser e cortar facilmente ouro, prata, materiais altamente reflexivos, como cobre e alumínio são adequados para várias aplicações de soldagem.
3. O bombeamento bidirecional melhora a estabilidade do sistema
➢Suprimir o ruído do laser
Para bombeamento direto e reverso, a luz da bomba é injetada na fibra dopada com itérbio de uma extremidade, e a luz da bomba é mais forte na extremidade de entrada da fibra dopada com itérbio, então a excitação de inversão de partícula também é forte, mas devido a o fator de absorção, a luz de bombeamento é forte.A luz será atenuada ao longo do comprimento da fibra de modo que a saturação do ganho seja alcançada em um determinado comprimento da fibra e o ruído aumente.O bombeamento bidirecional pode fazer com que a luz da bomba seja distribuída uniformemente na fibra, de modo que o ganho também seja distribuído uniformemente na fibra, de modo que o ruído seja reduzido.
➢Aliviar a pressão de extremidade única
A energia luminosa excessiva da bomba é acoplada à fibra de ganho, e a seção inicial da fibra de ganho absorve muito a luz da bomba, de modo que a temperatura da fibra é a mais alta na seção inicial e o ponto de fusão da fibra suporta a maior pressão.O bombeamento de extremidade dupla pode fazer com que os dois pontos de fusão em ambos os lados da fibra de ganho compartilhem a pressão, tornando o sistema mais estável.
➢Aumentar o limiar de instabilidade do modo
A instabilidade do modo está relacionada ao carregamento térmico da fibra de ganho.Depois que o método de bombeamento de extremidade dupla é adotado, a distribuição de temperatura da fibra de ganho pode ser mais uniforme, o efeito térmico é enfraquecido e o valor limite da instabilidade do modo é aumentado.4
.Esquema de bombeamento de 976nm tem vantagens óbvias
▶ Maior taxa de conversão
A fibra dopada com itérbio tem dois picos de absorção fortes em 915nm e 976nm, então a faixa de luz da bomba geralmente selecionada para laser de fibra dopada com itérbio é 915nm ou 975nm.Entre eles, o pico de absorção em 975nm é maior, cerca de 3 vezes o de 915nm; portanto, o laser de 1070nm com a mesma potência consome apenas um terço da luz da bomba de 915nm.A luz da bomba é convertida de energia elétrica, o que significa que usar uma fonte de bomba de 976 nm consome menos energia elétrica e é mais eficiente e economiza energia.
▶ Menores efeitos não lineares
No laser contínuo de fibra de frequência única, existem alguns efeitos não lineares, como espalhamento Brillouin estimulado, espalhamento Raman estimulado e efeito Kerr óptico, que irão degradar a qualidade do feixe.Beneficiando-se do pico de absorção mais alto em 976 nm, a fibra de ganho pode ser encurtada sob a premissa da mesma eficiência de absorção, e a redução do comprimento da fibra ajuda a evitar a supressão de efeitos não lineares.
Epílogo
O GW Laser (GW) é baseado na tecnologia de bomba de 976nm e no esquema de síntese de feixe multicanal como linha principal e está comprometido em melhorar o nível de potência e a qualidade do feixe de lasers de 10.000 watts;ao mesmo tempo, também se preocupa em melhorar a qualidade e a estabilidade dos produtos, reduzindo as taxas de falha do produto e a complexidade do tratamento de falhas.No futuro, continuaremos a fornecer aos clientes lasers de fibra de alta qualidade e forte suporte técnico.
Horário de postagem: 21 de março de 2022