Năm 2021, Trung Quốc sẽ là nền kinh tế lớn duy nhất trên thế giới phục hồi nhanh chóng sau đại dịch năm 2020.Giá trị tăng thêm của các ngành trên quy mô quy mô cả năm tăng 9,6% so với năm trước, trong đó giá trị tăng thêm của ngành sản xuất công nghệ cao và ngành chế tạo thiết bị tăng tương ứng.18,2%, 12,9%.Đặc biệt, ngành công nghiệp laser của Trung Quốc đã phát triển nhanh chóng trong những năm gần đây và quy mô của chuỗi ngành công nghiệp laser đã tăng lên nhanh chóng.Vào năm 2020, tổng doanh thu bán thiết bị laser (bao gồm cả nhập khẩu) trong các lĩnh vực công nghiệp, thông tin, thương mại, y học và nghiên cứu khoa học sẽ là 69,2 tỷ nhân dân tệ, tăng 5,2 điểm phần trăm so với năm trước so với năm 2019.Với sự thịnh vượng liên tục của quang điện, pin điện, ô tô và các ngành công nghiệp khác, tổng doanh thu bán hàng của thị trường thiết bị laser của Trung Quốc sẽ tăng 15,6% so với cùng kỳ năm 2021, đạt 80 tỷ nhân dân tệ.
▲2010-2021 Thị trường thiết bị laser của Trung Quốc
Đồng thời, công nghệ laser cũng được lặp lại nhanh chóng.Đầu tiên, công nghệ bơm được chuyển đổi từ giải pháp 915nm với vùng kiểm soát nhiệt độ rộng hơn sang giải pháp 976nm với hiệu suất hấp thụ cao hơn.Hiện nay, trên lộ trình công nghệ bơm của laser sợi quang liên tục công suất cao, công nghệ Pu bơm 976nm đã trở thành giải pháp kỹ thuật chủ đạo.Ngoài ra, trong công nghệ laser 10.000 watt, luôn có cuộc chiến giữa “khuếch đại sợi quang một kênh” và “tổng hợp chùm tia đa kênh”.Thị trường tiếp tục phát triển, và các yếu tố toàn diện như công nghệ, chi phí và hiệu quả đã trở thành yếu tố cốt lõi để lựa chọn thị trường laser sợi quang công nghiệp.Hãy chia nhỏ hai tuyến đường kỹ thuật.
Hướng tuyến đường công nghệ laser 10.000 watt
1. Sơ đồ tổ hợp chùm tia đa kênh
Theo các cấu trúc hệ thống khác nhau, laser sợi quang có thể được chia thành: laser sợi quang cấu trúc bộ dao động trực tiếp và laser sợi quang cấu trúc bộ khuếch đại công suất dao động chính (MOPA).Laser sợi quang với cấu trúc bộ tạo dao động trực tiếp có cấu trúc đơn giản và chỉ chứa một bộ tạo dao động laser, và cách tử chọn và xuất ra bước sóng cụ thể đã chọn.
Đối với laser sợi quang có cấu hình bộ tạo dao động trực tiếp, nó chủ yếu bao gồm một cặp cách tử (độ phản xạ thấp + độ phản xạ cao), một sợi khuếch đại và một số máy bơm.Nhiều chùm ánh sáng bơm được ghép thành một sợi khuếch đại thông qua bộ kết hợp chùm tia, sao cho sợi khuếch đại ở trạng thái phân bố đảo ngược số lượng hạt, để nhận ra sự khuếch đại bức xạ kích thích của ánh sáng, và cuối cùng chọn một bước sóng cụ thể của ánh sáng laser thông qua cách tử phản xạ thấp để đi qua sợi quang đầu ra.truyền đến tiêu đề đầu ra.
▲ Laser sợi quang dựa trên cấu trúc bộ dao động trực tiếp
Theo các phương pháp bơm khác nhau, nó có thể được chia thành: bơm thuận, bơm ngược và bơm hai chiều.Hướng bơm ánh sáng bơm giống như hướng đầu ra của laser được gọi là bơm thuận;hướng phun ánh sáng của bơm giống như hướng đầu ra của laser đối diện với bơm thuận và bơm ngược;đèn bơm được chiếu từ các hướng thuận và ngược cùng một lúc.gọi là bơm hai chiều.Hiện tại, cả GW và IPG đều sử dụng sơ đồ bơm hai chiều như trong hình trên.
Hiện tại, laser sợi quang hoặc mô-đun có cấu trúc bộ dao động trực tiếp chính có công suất khoảng 3KW và laser công suất cao hơn được kết hợp từ mô-đun này sang mô-đun khác, nghĩa là, đầu ra ánh sáng từ nhiều mô-đun được ghép thông qua bộ kết hợp chùm tia .thành một sợi và sau đó đầu ra.Ví dụ: 12KW thu được bằng cách kết hợp bốn mô-đun 3KW.
▲ Laser sợi quang công suất cao với sơ đồ tổng hợp chùm tia đa kênh
2. Sơ đồ khuếch đại sợi đơn kênh
Laser sợi quang với cấu trúc MOPA bao gồm bộ tạo dao động laser và một hoặc nhiều giai đoạn của bộ khuếch đại sợi quang.Bước sóng được chọn bởi cách tử trong bộ tạo dao động được sử dụng làm ánh sáng gốc và ánh sáng gốc được khuếch đại dưới tác động của bộ khuếch đại nhiều tầng, để có thể thu được công suất đầu ra ở một mức độ nhất định.sự cải tiến.
Đối với các laser công suất cao như vậy, việc tăng công suất không đạt được bằng cách tăng số lượng mô-đun mà chủ yếu bằng các bộ khuếch đại nhiều tầng.Ví dụ, 12KW thu được thông qua khuếch đại 3 tầng.
▲ Sơ đồ khuếch đại sợi quang một kênh dựa trên cấu hình MOPA Laser sợi quang công suất cao
Ưu điểm của việc ghép kênh laser 10.000 watt
1. Cấu trúc của toàn bộ máy đơn giản và dễ bảo trì
Do laser công suất cao được khuếch đại một kênh chỉ có một mô-đun nên việc bố trí bên trong ánh sáng, điện và nước phức tạp hơn.Hệ thống điều khiển của nó tương đối phức tạp hơn, bộ tạo dao động và bộ khuếch đại khi bật và tắt cần tuân theo một mối quan hệ thời gian nhất định: khi bật laser, bộ tạo dao động phải được bật trước, sau đó mới bật bộ khuếch đại từ bộ khuếch đại giai đoạn đầu tiên;Bộ khuếch đại sân khấu khởi động và bộ khuếch đại được tắt từng bước về phía trước.Một khi không đúng thời gian, rất có thể gây ra hư hỏng nghiêm trọng cho tia laser.
Sơ đồ tổng hợp đa tia được sử dụng bởi GW laser, điều khiển laser tương đối đơn giản, không có vấn đề về thời gian, các vấn đề về điều khiển chương trình và sẽ không gây hư hỏng cho máy.Trong trường hợp xảy ra lỗi laser, việc sửa chữa có thể được thực hiện đơn giản bằng cách tháo mô-đun bị hỏng và thay thế bằng một mô-đun mới.Đối với khách hàng, nó tiết kiệm thời gian bảo trì hơn.
2. Khả năng chống ngược sáng mạnh
Khác với bộ tạo dao động, không có cách tử ở cả hai đầu sợi khuếch đại của bộ khuếch đại.Ánh sáng phản hồi khi xử lý vật liệu có độ phản xạ cao hoặc ánh sáng ngược của bộ khuếch đại sau rất dễ quay trở lại bộ khuếch đại trước, gây cản trở hoạt động của bộ khuếch đại trước và thậm chí gây ra hư hỏng.Do đó, cần phải bổ sung thêm các biện pháp cách ly quang học.
Sơ đồ tổng hợp đa tia của GW laser, mỗi mô-đun chỉ có một bộ tạo dao động và không có ánh sáng ngược;đồng thời, bí mật độc đáo của laser GW – công nghệ chống phản xạ cao ABR: một mô-đun duy nhất được trang bị thiết bị tước và phát hiện ánh sáng phản hồi năm cấp; Trên cơ sở chống phản xạ năm cấp của một mô-đun đơn, mỗi mô-đun được trang bị thiết bị đèn chống phản xạ cấp một, có thể bảo vệ hiệu quả các bộ phận bên trong khỏi bị hư hại, đảm bảo hoạt động ổn định của tia laser và dễ dàng cắt vàng, bạc, các vật liệu phản chiếu cao như đồng và nhôm phù hợp cho các ứng dụng hàn khác nhau.
3. Bơm hai chiều cải thiện tính ổn định của hệ thống
➢Chống nhiễu laser
Đối với bơm thuận và ngược, ánh sáng bơm được đưa vào sợi pha tạp ytterbium từ một đầu và ánh sáng bơm mạnh hơn ở đầu đầu vào của sợi pha tạp ytterbium, do đó kích thích đảo ngược hạt cũng mạnh, nhưng do hệ số hấp thụ, ánh sáng bơm mạnh.Ánh sáng sẽ bị suy giảm dọc theo chiều dài của sợi quang sao cho độ bão hòa khuếch đại đạt được ở một chiều dài sợi quang nhất định và tiếng ồn tăng lên.Bơm hai chiều có thể làm cho ánh sáng bơm phân bố đều trong sợi quang, do đó mức tăng cũng được phân bổ đều trong sợi quang, do đó giảm tiếng ồn.
➢Giảm áp suất một đầu
Năng lượng ánh sáng bơm quá mức được ghép vào sợi khuếch đại và phần ban đầu của sợi khuếch đại hấp thụ rất nhiều ánh sáng bơm, do đó nhiệt độ sợi cao nhất trong phần ban đầu và điểm nóng chảy của sợi chịu áp suất lớn nhất.Bơm hai đầu có thể làm cho hai điểm nóng chảy ở cả hai phía của sợi khuếch đại chia sẻ áp suất, giúp hệ thống chạy ổn định hơn.
➢Tăng ngưỡng mất ổn định của chế độ
Chế độ không ổn định có liên quan đến tải nhiệt của sợi khuếch đại.Sau khi phương pháp bơm hai đầu được áp dụng, sự phân bố nhiệt độ của sợi khuếch đại có thể được thực hiện đồng đều hơn, hiệu ứng nhiệt bị suy yếu và giá trị ngưỡng của chế độ không ổn định được tăng lên.4
.Sơ đồ bơm 976nm có những ưu điểm rõ ràng
▶ Tỷ lệ chuyển đổi cao hơn
Sợi pha tạp Ytterbium có hai cực đại hấp thụ mạnh ở 915nm và 976nm, vì vậy dải ánh sáng bơm thường được chọn cho laser sợi quang pha tạp ytterbium là 915nm hoặc 975nm.Trong số đó, đỉnh hấp thụ ở 975nm cao hơn, gấp khoảng 3 lần so với 915nm, do đó, tia laser 1070nm có cùng công suất chỉ tiêu thụ một phần ba ánh sáng bơm 915nm.Đèn bơm được chuyển đổi từ năng lượng điện, có nghĩa là sử dụng nguồn bơm 976nm tiêu thụ ít năng lượng điện hơn, hiệu quả và tiết kiệm năng lượng hơn.
▶Hiệu ứng phi tuyến thấp hơn
Trong laser sợi quang đơn tần liên tục, có một số hiệu ứng phi tuyến, chẳng hạn như tán xạ Brillouin kích thích, tán xạ Raman kích thích và hiệu ứng Kerr quang học, sẽ làm giảm chất lượng chùm tia.Hưởng lợi từ đỉnh hấp thụ cao hơn ở 976nm, sợi khuếch đại có thể được làm ngắn hơn với tiền đề có cùng hiệu suất hấp thụ và việc giảm chiều dài sợi giúp tránh triệt tiêu các hiệu ứng phi tuyến.
phần kết
GW Laser (GW) dựa trên công nghệ bơm 976nm và sơ đồ tổng hợp chùm tia đa kênh làm dây chuyền chính, đồng thời cam kết cải thiện mức công suất và chất lượng chùm tia của laser 10.000 watt;đồng thời cũng quan tâm đến việc nâng cao chất lượng và độ ổn định của sản phẩm, giảm tỷ lệ hỏng hóc của sản phẩm và mức độ phức tạp của việc xử lý hỏng hóc.Trong tương lai, chúng tôi sẽ tiếp tục cung cấp cho khách hàng các loại laser sợi quang chất lượng cao và hỗ trợ kỹ thuật mạnh mẽ.
Thời gian đăng: 21-03-2022