突破多項關(guān)鍵技術(shù)，500W高功率脈寬可調(diào)光纖激光器

光纖激光器作為激光物理研究的一個熱門，被一致認(rèn)為是全面替代固體激光器的新一代產(chǎn)品。光纖激光器有很多獨特優(yōu)點，比如：激光閾值低、高增益、可調(diào)諧參數(shù)多、寬吸收和輻射、兼容性強、體積小等。進入2000年以后，作為光纖激光器分支之一的脈沖光纖激光器開始在工業(yè)加工領(lǐng)域嶄露頭角，因其超高峰值功率，很快便占領(lǐng)打標(biāo)市場。20年內(nèi)，脈沖光纖激光器功率從最開始的數(shù)十瓦提升至百瓦，隨著市場發(fā)展其用途也越來越廣泛，應(yīng)用場景涵蓋打標(biāo)、切割、焊接、清洗等領(lǐng)域。

光纖制作和半導(dǎo)體激光技術(shù)越來越成熟，脈沖光纖激光器也飛速發(fā)展，幾十瓦平均功率已很難滿足當(dāng)下實際應(yīng)用，不少行業(yè)普遍要求平均功率需達(dá)到200W以上。大族激光研發(fā)的500W高功率脈寬可調(diào)光纖激光器，在金屬標(biāo)記、切割、清洗、鋰電池等行業(yè)都有較大優(yōu)勢，市場需求也在不斷加大。

突破關(guān)鍵技術(shù)壁壘

新能源行業(yè)加速發(fā)展，激光加工作為一種相對環(huán)保的加工方式，正逐漸取代傳統(tǒng)機械、化學(xué)加工等，同時也在不斷追求做到高效、快速、低碳。

高功率脈沖光纖激光器產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和技術(shù)難點在于光纖和電子電氣技術(shù)，光纖技術(shù)主要是增益光纖的制備、耦合技術(shù)、泵浦技術(shù)和MOPA技術(shù)的實現(xiàn)。所采用的MOPA主振蕩放大技術(shù)，實現(xiàn)激光頻率、脈沖寬度、峰值功率可調(diào)，三者還可自由組合成多波形的激光輸出，滿足客戶不同應(yīng)用領(lǐng)域需求。

通過多方調(diào)研和反復(fù)試驗，不論是在技術(shù)還是在加工效率及穩(wěn)定性等方面，500W高功率脈寬可調(diào)光纖激光器在行業(yè)內(nèi)已達(dá)國內(nèi)領(lǐng)先甚至國際先進水平，且諸多關(guān)鍵性技術(shù)已實現(xiàn)較大突破，不僅為激光加工行業(yè)提供更先進應(yīng)用技術(shù)，有效打破國外高功率脈沖光纖激光領(lǐng)域的壟斷局面，進而提高企業(yè)及自身產(chǎn)品在業(yè)內(nèi)的綜合競爭力。

技術(shù)與創(chuàng)新點

-無光子暗化現(xiàn)象，光光轉(zhuǎn)換效率高；

-優(yōu)化種子源輸出信號，種子源驅(qū)動電流精度和輸出頻率分別提高4倍；

-通過控制種子源輸入電流的波形寬度，從20-240ns變化，重復(fù)頻率可達(dá)3MHz；

-種子源波形的上升沿和下降沿速度提高50%以上，輸出脈沖寬度更精準(zhǔn)；

-通過激光技術(shù)控制，解決首點弱、拖尾現(xiàn)象，工藝效果更佳；

-高功率輸出，同時光束質(zhì)量好

▲波形圖

共輸出7個脈沖波形，脈寬20-500ns(半寬20-240ns)，重復(fù)頻率范圍為1~3000kHz，峰值功率在7~12kW范圍內(nèi)。

▲光束質(zhì)量M2：1.2~1.8

攻克研發(fā)重難點

大族激光完全自主研制出了高功率光纖耦合技術(shù)：將泵浦光和信號光高效耦合入同一根光纖中，針對所選用的增益光纖的相關(guān)參數(shù)，調(diào)整耦合技術(shù)的各項指標(biāo)，實現(xiàn)泵浦光到信號光的完美轉(zhuǎn)換。

自制光纖耦合技術(shù)采用了一套獨特的拉錐工藝技術(shù)，通過內(nèi)部工藝控制對激光器光束質(zhì)量進行全新優(yōu)化，同時提高激光器光光轉(zhuǎn)換效率，且通過合理封裝技術(shù)有效解決高功率產(chǎn)生的發(fā)熱問題。耦合器是激光器中最常用部件，專用于光纖激光器放大領(lǐng)域，將多個泵浦能量和一個信號能量合成進入雙包層光纖，實現(xiàn)泵浦能量和信號能量共同在輸出光纖中傳輸。

此款激光器由泵浦源、增益介質(zhì)、諧振腔三個基本要素組成，是采用MOPA技術(shù)--光纖放大器的基礎(chǔ)上開發(fā)出來。在泵浦光的作用下，光纖內(nèi)極易形成高功率密度，造成激光工作物質(zhì)的激光能級“粒子數(shù)反轉(zhuǎn)”，適當(dāng)加入正反饋回路，構(gòu)成諧振腔，便可形成激光振蕩輸出。

市場發(fā)展前景廣闊

500W高功率脈寬可調(diào)光纖激光器采用水冷散熱的方式，散熱效果較好，對使用環(huán)境溫度的要求也不高，使用起來非常便捷。

低功率打標(biāo)已不能滿足市場全新需求，其作為切入口以突破過往的技術(shù)瓶頸，慢慢積累客戶，開拓更廣的應(yīng)用市場。除激光打標(biāo)外，激光焊接、清洗市場也等待著高功率激光器這一利器來突破，尤其是激光清洗市場，隨著環(huán)保意識的提升和低碳、綠色工業(yè)發(fā)展的號召，推動傳統(tǒng)化工方式向激光清洗快速轉(zhuǎn)變。

500W高功率脈寬可調(diào)光纖激光器在高速打標(biāo)應(yīng)用中優(yōu)勢會更為突出，重點用在用于鋰電池極耳切割和電池極片清洗上。新能源汽車作為未來主流，近年發(fā)展迅速，鋰電池作為新能源汽車的核心部件之一，市場需求量大，越來越多汽車制造商選擇使用更高功率的脈沖激光作為鋰電池極耳切割和極片清洗的設(shè)備，以達(dá)到大規(guī)模、高效率、低成本制造目的。

應(yīng)用領(lǐng)域

-動力電池正負(fù)極耳切割

-動力電池正負(fù)極片清洗

-金屬材料切割、鉆孔

-激光去漆、去鍍層、清洗、除銹

-金屬薄片材料微焊接

-金屬材料深雕加工

基于當(dāng)下市場及用戶多樣化等需求，目前脈沖光纖產(chǎn)品中心已成功研發(fā)出500W 50mJ大功率大單點能量激光器，并且正積極推進一個平均功率高達(dá)1000W的研發(fā)項目。未來，脈沖光纖產(chǎn)品中心將往輕量化、高功率、大能量、集成化等方向發(fā)展，同時在應(yīng)用層面讓產(chǎn)品充分發(fā)揮價值，輔助下游設(shè)備商開發(fā)新工藝，進一步擴展產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域，為客戶提供卓越解決方案。

技術(shù)參數(shù)

審核編輯：劉清