976nm泵浦光纖激光器因其高性能使一直是定向能激光應(yīng)用首選，以美國(guó)為代表的各國(guó)近三十年幾十億美元的投入也極大推動(dòng)了光纖激光技術(shù)的高速發(fā)展和工業(yè)應(yīng)用的普及，但是國(guó)內(nèi)光纖激光器產(chǎn)業(yè)由于歷史原因一直沒(méi)有解決基于976nm泵浦的光纖激光器大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的穩(wěn)定性和可靠性問(wèn)題。

美國(guó)IPG以獨(dú)有的分布式側(cè)面泵浦技術(shù)，充分發(fā)揮基于976nm泵浦的光纖激光器的低成本、高光電轉(zhuǎn)化效率高、高能量密度等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)引領(lǐng)了高功率光纖激光器的大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。

GW專(zhuān)注976nm軍工技術(shù)，攻克多項(xiàng)技術(shù)難題，在國(guó)內(nèi)率先實(shí)現(xiàn)基于976nm泵浦技術(shù)的光纖激光器的大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用，突破國(guó)外廠商的技術(shù)壟斷，實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)976nm軍工技術(shù)的初步產(chǎn)業(yè)化。

目前976nm泵浦技術(shù)以更高光電轉(zhuǎn)化效率成為萬(wàn)瓦光纖激光主流技術(shù)路線(xiàn)的趨勢(shì)越來(lái)越明顯，并將不斷推動(dòng)新一代萬(wàn)瓦光纖激光器的技術(shù)升級(jí)、性?xún)r(jià)比的提升和加速在通用加工場(chǎng)景的應(yīng)用滲透。

1．976nm泵浦技術(shù)研究首先在軍工領(lǐng)域展開(kāi)

光纖激光器在20世紀(jì)90年代開(kāi)始高速發(fā)展，由于976nm泵浦的波長(zhǎng)吸收率高，其激光器的電光轉(zhuǎn)化效率、體積、能量密度以及光束質(zhì)量等參數(shù)更為優(yōu)異，故自976nm泵浦技術(shù)出現(xiàn)以來(lái)，一直是國(guó)外及國(guó)內(nèi)機(jī)構(gòu)和研究單位研究和小規(guī)模特種使用的主要方向。976nm泵浦技術(shù)光纖激光器天然的高電光轉(zhuǎn)換效率和單模態(tài)輸出能力，贏得了軍工領(lǐng)域的重點(diǎn)關(guān)注，使得軍方在高亮度976nm泵浦二極體及高功率單模光纖激光器等方向投入數(shù)十億美元進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

軍工的大規(guī)模投入推動(dòng)光纖激光器技術(shù)升級(jí)和產(chǎn)品迭代，單模光纖激光器的輸出功率從1994年公開(kāi)報(bào)道的不到1W到2013年的超過(guò)10kW輸出功率，其中德國(guó)Rofin和美國(guó)IPG在2012年陸續(xù)推出基于976nm泵浦技術(shù)的1kW單模組高亮度光纖激光器和4kW多模組光纖激光器。

2．976nm泵浦技術(shù)瓶頸曾限制其大規(guī)模應(yīng)用

976nm吸收峰較窄，泵浦源的輸出波長(zhǎng)與溫度有關(guān)，溫度敏感系數(shù)約為0.3nm／℃，吸收率會(huì)隨著波長(zhǎng)的漂移產(chǎn)生巨大的變化，體現(xiàn)為溫度變化對(duì)性能的影響較大，工業(yè)使用環(huán)境復(fù)雜，整機(jī)魯棒性要求高，則對(duì)激光器的冷卻和溫控要求高，因此976nm泵浦技術(shù)的溫度敏感性問(wèn)題一直是工業(yè)大規(guī)模應(yīng)用的瓶頸。相反，915nm吸收峰的寬度則遠(yuǎn)大于976nm吸收峰，吸收峰的特征也決定了工業(yè)激光器一度采用915nm泵浦而非976nm作為泵浦源作為技術(shù)路線(xiàn)。915nm吸收峰較寬，隨著溫度的變化其吸收率的變化較少，溫度對(duì)其性能的影響不明顯，工業(yè)環(huán)境長(zhǎng)期使用下整機(jī)性能較為穩(wěn)定可靠，在未突破976nm泵浦技術(shù)在工業(yè)上大規(guī)模應(yīng)用之前，915nm泵浦技術(shù)路線(xiàn)是工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)可靠的技術(shù)實(shí)現(xiàn)路線(xiàn)。

為了解決976nm泵浦技術(shù)的溫度敏感性問(wèn)題，一方面通過(guò)設(shè)計(jì)來(lái)提高冷卻系統(tǒng)的散熱效果，通過(guò)理論計(jì)算及有限元等多種手段來(lái)使得其散熱效果率高，讓其工作溫度變化不超過(guò)5－10℃，德國(guó)知名泵浦源廠商率先通過(guò)微通道技術(shù)實(shí)現(xiàn)了較高效率的冷卻系統(tǒng)，使得在一定條件下，可以小批量的穩(wěn)定使用，但是微通道技術(shù)對(duì)冷卻水要求高、水流量高，同時(shí)長(zhǎng)期使用微通道容易結(jié)垢而需要定期清理，因此，在工業(yè)苛刻的服役環(huán)境中使得推廣受到限制。另外一方面，研究表明，通過(guò)設(shè)計(jì)波長(zhǎng)穩(wěn)定的技術(shù)，即使用VBG的體光柵可以使得泵浦二級(jí)體在線(xiàn)偏移方面有著較大的提高，可以在5－10℃的范圍內(nèi)穩(wěn)定工作，因此直至現(xiàn)在，在軍工等特種應(yīng)用一直使用帶VBG的鎖波長(zhǎng)泵浦二級(jí)體。但是由于VBG鎖波長(zhǎng)泵浦二級(jí)體采購(gòu)成本高，同時(shí)帶來(lái)2－5％的電光轉(zhuǎn)化效率的下降，此外，高功率泵浦的芯片發(fā)光點(diǎn)數(shù)量眾多，每一個(gè)芯片發(fā)光點(diǎn)需要一個(gè)VBG，同時(shí)需要保證同一個(gè)波長(zhǎng)頻率，實(shí)現(xiàn)技術(shù)難度和成本都較高，僅在小規(guī)模特殊應(yīng)用上使用，無(wú)法實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大規(guī)模的生產(chǎn)。

審核編輯 黃昊宇