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　　摘要：915nm波段泵浦方案在單模組高功率光纖激光器開發(fā)中存在局限。在設(shè)計(jì)高功率方案時(shí)，因光纖非線性效應(yīng)、光光效率損失、熱管理難度增加，以致單模組無法完成，只能使用多個(gè)單模組進(jìn)行激光合束達(dá)到高功率，而此方案成本高、光束質(zhì)量低而面臨越來越多的壓力。使用976nm波段泵浦方案將解決上述問題，增益有源光纖對976nm波段泵浦光的吸收效率是915nm波段泵浦光的2-3倍：由于吸收效率更高，增益有源光纖長度短，光纖非線性效應(yīng)低，976nm泵浦方案可以輕松實(shí)現(xiàn)3kw甚至更高功率的單模組激光器。泵浦方案因?yàn)槠涔怆娹D(zhuǎn)化效率達(dá)到42%以上，相比于915nm泵浦的30%，終端客戶使用的省電優(yōu)勢明顯。3kW的激光設(shè)備，976nm泵浦的激光器一年將會省電2萬元，整個(gè)壽命期間省電10萬元左右，10kw的將會省電近40萬元，這將會給終端客戶帶來巨大的實(shí)惠。從目前來看，隨著976nm泵浦技術(shù)的規(guī)模應(yīng)用，光纖激光器976nm泵浦技術(shù)替代915nm的技術(shù)革命已經(jīng)開始，未來的光纖激光器向著單模組更高功率發(fā)展，而單模組高功率將會是976nm泵浦技術(shù)主導(dǎo)。
 

　　工業(yè)光纖激光器市場發(fā)展迅猛，CO2激光器及其他激光器因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、柔性化程度低、切割速度及效率不夠等相繼被市場淘汰，光纖激光器的持續(xù)提高，目前已經(jīng)占比50%左右。而在光纖激光器中，中低功率光纖激光器(輸出功率1500瓦以下)的產(chǎn)品技術(shù)難度相對較低，廠家之間的競爭亦在加強(qiáng)，成本壓力增加，一些技術(shù)的光纖激光器廠家紛紛開始將目光投向單模組高功率光纖激光器(輸出功率1500瓦以上)市場。隨著激光器價(jià)格的下降，市場也向著更高功率的方向發(fā)展。以往使用915nm波段的半導(dǎo)體激光器作為光纖激光器的泵浦源，盡管915nm激光器存在0.3nm/℃的波長溫度漂移系數(shù)，且增益有源光纖在915nm波段的吸收峰較寬，激光器泵浦源受環(huán)境溫度影響的中心波長漂移對增益光纖的吸收效率影響不大，光纖激光器整機(jī)對工作環(huán)境溫度不敏感，因此915nm波段泵浦方案在中低功率光纖激光器市場得到廣泛認(rèn)可。在設(shè)計(jì)單模組高功率光纖激光器方案時(shí)，由于在915nm波段增益有源光纖的吸收效率低，為達(dá)到整機(jī)光纖激光器輸出更高功率目的，在技術(shù)上要求使用更高的915nm泵浦功率和更長的有源光纖，這將導(dǎo)致不得不面對光纖非線性效應(yīng)、光光效率損失、熱管理難度增加、單位瓦數(shù)成本上升等諸多困難。此時(shí)，要達(dá)到更高功率的輸出，只能使用多個(gè)單模組激光器進(jìn)行激光合束達(dá)到高功率的輸出，而此方案激光輸出光束質(zhì)量低，成本居高不下。976nm泵浦因其技術(shù)特性導(dǎo)致使用976nm波段泵浦方案可以很好得解決上述在單模組高功率光纖激光器開發(fā)中面臨的問題。增益有源光纖對976nm波段泵浦光的吸收效率是915nm波段泵浦光的2-3倍：由于吸收效率更高，增益有源光纖長度更短，光纖非線性效應(yīng)更低，目前976nm雙向泵浦可以輕松實(shí)現(xiàn)3kw及以上單模組高亮度激光的輸出。
 

　　因?yàn)閾借O光纖對976nm和915 nm波長的光有非常強(qiáng)烈的吸收特性，所以這類激光器主要由發(fā)射上述波長的半導(dǎo)體激光器 (LD)泵浦。下圖是兩種典型的摻鐿光纖對800~1100 nm光譜的相對吸收率，摻鐿光纖在915nm 和 976 nm附近存在明顯的特征吸收峰。976 nm光波在鋁硅酸鹽摻鐿光纖中的吸收率是915 nm光波的將近3倍，在磷硅酸鹽中前者的吸收率更是后者的近5倍。吸收率的差異體現(xiàn)在摻鐿光纖的使用長度，效率差異來自于量子效率的差異976nm/1070nmVS915nm/1080nm。976nm如此懸殊的吸收率差異，意味著這類激光器采用976 nm LD泵浦技術(shù)能夠獲得更高的光-光轉(zhuǎn)換效率。
 

　　雖然976 nm泵浦方式有著更高的吸收率和光光轉(zhuǎn)換效率可以有效減少增益光纖的長度，并且能夠減少有害的光子暗化效應(yīng)，但是其相對于915 nm泵浦方式在光纖處理和耦合上的技術(shù)難度更大。而且摻鐿光纖在976 nm范圍的吸收譜過于狹窄，泵浦源溫度波動導(dǎo)致的波長變化很容易導(dǎo)致激光器輸出功率不穩(wěn)定，采用這種泵浦技術(shù)對激光器的熱管理系統(tǒng)有非常嚴(yán)格的要求。正因?yàn)槿绱耍壳爸挥猩贁?shù)的激光器廠商像IPG、Coherent-Rofin以及美國的GW Laser Tech等廠商在量產(chǎn)的工業(yè)激光器中大規(guī)模使用976 nm 泵浦源。隨著市場對更高功率的需求越來越凸顯，市場競爭越來越激烈，只有成本更低、功率更高的976nm泵浦方案才能滿足日益增長的客戶的需求。而只有976nm泵浦技術(shù)可以做到成本更低的單模組高功率的產(chǎn)品，因此，我們認(rèn)為976nm泵浦技術(shù)將會是未來的主流技術(shù)路線。
 

915/976nm泵浦摻鐿光纖斜效率對比
 

鋁硅酸鹽和磷硅酸鹽摻鐿(Yb)光纖對800~1100 nm光譜的相對吸收率
 

　　976nm雙向泵浦技術(shù)、單模組功率輕松達(dá)到3kw 美國 GW LaserTech
 

　　在同樣的泵浦功率輸入情況下， 976nm泵源后在工作條件下增加了10%，達(dá)到了85%：相比于915nm泵浦的75%的光光轉(zhuǎn)化效率，意味著同樣的激光功率，976nm的泵浦功率將會比915nm泵浦功率減少10%以上，也就意味976nm泵浦成本更低，這將會是巨大競爭優(yōu)勢。同時(shí)，976nm泵浦方案因?yàn)槠涔怆娹D(zhuǎn)化效率達(dá)到42%以上，相比于915nm泵浦的30%，終端客戶使用的省電成本優(yōu)勢明顯。如下表所示，3kw的激光設(shè)備，976nm泵浦激光器一年將會省電2萬元，整個(gè)壽命期間省電10萬元左右，10kw的將會省電近40萬元，這將會給終端客戶帶來巨大的實(shí)惠。
 

　　GW Laser Tech 成立于2015年，專注于976nm泵浦高功率單模光纖激光器及多模高功率光纖激光器的研發(fā)、生產(chǎn)與銷售，截至目前先后推出1000W至3000W單腔單模光纖激光器并且完成批量銷售，以及推出6000W至12000W多模激光器，其中6000W已經(jīng)*小批量出貨。歡迎下游激光系統(tǒng)方案解決者過來咨詢，合作交流，共同開發(fā)此市場。