1 Einleitung
High-Brightness-fasergekoppelten Diodenlaser zum Pumpen Diodenlaser für industrielle Anwendungen und neue Anwendungen zu öffnen. nLIGHT hat ein Gerät mit ausgezeichneter Helligkeit und Pumpen in verschiedenen industriellen Anwendungen zum Einsatz demonstriert.
In Photonics West 2009 Ausstellung nLIGHT Unternehmen führte High-Brightness-fasergekoppelten Laserdiodenmodul, zeigt mehr als 100W optische Leistung in den 105 gekoppelt? M, 0,15 NA Faser, entsprechend der heller als 20 MW/cm2-str1. Dieser Artikel konzentriert sich auf die Anwendung dieser Technologie in der Pumpe-Modul von 79x bis 15xx nm. Wie immer sind diese Geräte auf nLIGHT High-Power-Einrohr-Struktur, eine große Fläche von Patenten, die eine einfache Kombination von freiem Speicherplatz und billige Methode 2 basiert. Dieser Ansatz behält die Macht von Laserdioden und hohe Helligkeit, Helligkeit und Effizienz zu schaffen, die beste Ausrüstung.
2 Hochleistungs-Helligkeit Pumplaser Anwendungen
High-Brightness-Laser-Module für die strukturelle Entwicklung der wenigen Noten. Erstens muss die Plattform und die Tools unabhängig von der Wellenlänge, so dass es das gesamte Spektrum der Laserdiode gilt. Zweitens, die Effizienz der Lichterzeugung entwickelt, um so hoch wie möglich. Schließlich ist die Zuverlässigkeit der Laserdiodenmodule, müssen umfassend geprüft und verifiziert werden.
nLIGHT erste High-Brightness-Laserdiodenmodul für Faserlaserpumpen entwickelt wurde. Höhere Helligkeit Pumpquelle kann einen höheren Faserlaser durch die Performance-Raum gekoppelt, eine größere Anzahl von Pumpen und effektivere sie in die Faser eingekoppelt werden. Pulsed High-Brightness-Faserlaserpumpmodul muss auch die aktive Faserlänge und der entsprechenden Faser-Nichtlinearitäten zu reduzieren. Bei dem Versuch, mit gepulster Laser nichtlineare optische Faser, um den Laserpuls ist kürzer und höher Spitzenleistung umzugehen.
Wir sind zur Bewältigung der letzten Jahre Pumpen Anwendungen umfassen die folgenden verpflichtet:
. Tm-dotierten Faserlaser-Wellenlänge von 795nm Pumpenanwendungen
. Er-dotierte Faser-Laser-Wellenlänge von 1532nm Pumpenanwendungen
. Yb-dotierten Faserlaser-Wellenlänge Stabilisator 976nm Pumpenanwendungen
. Narrow Spektrallinien YAG (885 nm), Er: YAG (1532 nm) und Ho: YAG (1910 nm) Festkörperlaser gepumpt Anwendungen.
Neben dem Pumpen-Anwendungen, Module mit hoher Helligkeit Laserdiode zu wählen, von dort sind Consumer-Anwendungen, Materialbearbeitung und Medizin. In der Materialbearbeitung Bereich sind mit Direktwahl-Diodenlaser Pumplicht Festkörperlaser, direkten Diodenlaser-System für die entsprechenden Wirkungsgrad von etwa 2% (lampengepumpte Geräte) um mehr als 40% Abbildung 1 zeigt eine Halbleiter-Laserdiode direkt ersetzt Die Anwendungen reichen von 79x bis 19XXnm.
nLIGHT hohe Helligkeit fasergekoppelten Pumplaser Entwicklung
Fasergekoppelte Pumplaser elektro-optische Wirkungsgrad
Direkte Diodenlaser-Module mit erheblichen Effizienz ist die Effizienz höher als 50% für Wellenlängen von 79x direkt zwischen dem Diodenlaser Modulen 9xxnm. Hoher Wirkungsgrad fasergekoppelten Lasergeräte in mehrere Möglichkeiten, um die Leistung der Module zu verbessern. Erstens können die hohen kahlen Wirkungsgrad reduzieren die Anzahl von Diodenlasern, die kann das Modul Kosten zu senken. Reduzierung der Anzahl von Diodenlasern können auch eine kleinere Paketgröße, mit weniger Dioden und optische Geräte bis zu einem gewissen optischen Leistung zu erzielen. Das System der hohe Wirkungsgrad Kühlsystem kann vereinfacht werden, um überschüssige Wärme Kühlbedarf, in Abbildung 2 dargestellt zu reduzieren. Schließlich kann die Effizienz der Module machen das System benötigt weniger Strom, reduziert die laufenden Kosten von Laseranlagen.
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Neben der hohen Effizienz-Werten kann der Diodenlaser System-Design auch hohe Zuverlässigkeit nachgewiesen werden. Vor kurzem hat eine hohe Leistung, Multimode-Laserdiode einer einzigen Röhre Anzeige ähnlich Telekommunikation Zuverlässigkeit. Zum Beispiel hat nLIGHT ein 3,8 mm Resonatorlänge Hochleistungs-Diodenlaser entwickelt, in 10W3, 4 Größenordnungen, wenn die FIT-Rate von weniger als 45 Teile pro Milliarde. Darüber hinaus nLIGHT für Einrohr-Lasern und fasergekoppelten Paket auch umfassende Zuverlässigkeit durchgeführt zu testen. Die Ergebnisse zeigen, dass die relative Anzahl der einzelnen fasergekoppelten Laserdiodenmodul statistisch keinen Unterschied. Dies wird durch die Beurteilung 90% CL Zeichnung, die die Instabilität der relative Laufzeit von einem fasergekoppelten Laserdiodenmodul Paket in Abbildung 3 dargestellt getan. Die Ergebnisse zeigen einen Mangel an Verpackungs-bedingten Ausfall (PIF). Diese Geräte haben eine Zeit, um 10% Ausfallquote im Vorfeld von 300.000 bis 400.000 Stunden, bei 9xx nm, vorausgesetzt, dass wartungsfreien Betrieb über viele Jahre.
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3 Hochleistungs-Helligkeit Pumplaser
nLIGHT Unternehmen die Flexibilität, aus einem einzigen Rohr-Struktur kann in eine Vielzahl von Gehäuseformen hergestellt werden. Diese Module sind die diodengepumpten Festkörperlaser für Faserlaserpumpen und Materialien Verarbeitung und Design.
200um Pumpenmodul für Faserlaser-gepumpten Tm, Nd: YAG Festkörperlaser und Ytterbium-dotierten Faserlaser und Entwicklung. 79x bis 88xnm Modul über 100W CW kann die 200? M-Faser, 0.15NA gekoppelt werden. In Pulsbetrieb, 200W Spitzenleistung, als man in der gleichen Faser, Spektrallinien unter 2 nm FWHM gekoppelt werden. Die Ergebnisse zeigen, dass In Pulsbetrieb nLIGHT fasergekoppelten Spitzenleistung kann höher sein als im kontinuierlichen Modus Macht 100% Abbildung 4 (links) zeigt die Eigenschaften des Geräts aktuelle Leistung. 9xx nm-Produkte gekoppelt optische Leistung übertrifft 120W bis 200 um Faser, NA weniger als 0,1 in den gesamten Betriebsbereich des Gerätes erreicht eine mehr als 50% Wirkungsgrad, in Abbildung 4 dargestellt (rechts). Dieses Gerät ist weniger als 2% des Lichts in den Mantel, sondern produzierte auch eine mehr als 35 dB Isolation Fenster von 1 Mikron. Neben Faserlaserpumpen, kann das Gerät für die Materialbearbeitung verwendet werden.
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Abbildung 4: (links) LI-Kurve, 2 00 um, 0,15 NA Pumpe-Modul für die Pumpwellenlänge von 79x bis 88x nm Das Gerät arbeitet im Pulsbetrieb, um eine kontinuierliche Verfügbarkeit von Strom auf etwa die doppelte Nutzung zu erreichen. Macht. (Rechts) 9xx nm, 200 um, 0,1 NA Pumpenmodul LIV Eigenschaften. Diese Produkte können als Laser-Pumpe-Module und Materialbearbeitung eingesetzt werden.
Wenn Sie eine höhere Leistung benötigen, ist nLIGHT Herstellung einer Laserdiode auf einer großen Single-Tube-High-Power-verpackten Produkten basiert. Dieses Paket für mehr als 600 Watt Lichtleistung in einen 400 micron gekoppelt ist so konzipiert, 0,2 NA Faser, oder mehr als 500 bis 200 Mikrometer, 0,2 NA Faser eingekoppelt wird. Das Gerät soll auch in hohem Maße konfigurierbar, wobei separate optische und Laser-Module und kann in 200 pm 0.2NA Faser oder 400 mu m, 0,1 NA Faser eingekoppelt werden. Laser-Sendemodul ist mit 56 Teilen zusammengesetzt, die Polarisationskopplung in zwei Strahlen. Die Bildung von zwei Linsen des Fernrohrs, so dass der Strahl Symmetrie, und dann mit einem Multi-Ziel zu konzentrieren. Optische Weg-Diagramm eines Systems ist in Abbildung 5 dargestellt. Das Gerät wird voraussichtlich geringeren Kosten zu erreichen, indem die Schale, Optik und Faser der Fixkosten. nLIGHT Schätzungen, die Verwendung von High-Brightness-Laserdiode Kopplung des Einrohr-System kann der Preis pro Watt um 40% oder mehr reduziert werden.
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Abbildung 5: (links), 56 optische Sender-Modul Karte, entworfen, um mehr als 500W Leistung in 200 um, 0,2 NA Faser (oben rechts) ein mechanisches Design, dieses System zu erreichen gekoppelt. (Center) Lasermodul NA Karten und Flecken Fotos, zeigt die 56 hocheffizienten Reflektor, damit die die BPP Möglichkeiten fasergekoppelten. (Unten) zeigt die Anwendung Datentabelle mehr als 72 Nicht-Fokus Reflektor-Paket bietet. Ausgangsleistung von 700W Spitzenleistung erreichen den höchsten maximalen Wirkungsgrad von 60%.
nLIGHT hat auch eine 10-Rohr fasergekoppelte Laserdiode Gerät Struktur auf Pearl 80W der optischen Leistung in 105 um, 0,15 NA Faser eingekoppelt entwickelt. Optical-Modell, der optische Weg-Diagrammen und Tabellen, wie in Abbildung 6 dargestellt. Optical-Modell und produziert eine ausgezeichnete Übereinstimmung zwischen Produkt-, Glasfaser-Kopplungseffizienz bei 90% gemessen.
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Abbildung 6: (oben) 10 Pearl einzelne Röhre der Laserdiode Modul kann mehr als 80W Leistung, wenn von 0,12 NA 105 mikron Faser in den optischen Weg-Diagramm verbunden, NA Karten und Spot-Karte sein. Zwei Balken sind mit Polarisations-Multiplex-up gekoppelt. (Unten) dieses Lasermodul Datenblatt. Equipment effizienter als die gesamte Reichweite von mehr als 50%.
nLIGHT produzieren auch 79x-808 nm, 9xx nm und 15xx nm, auf 14 Single-Tube-Laserdiode in 105 Mikron, 0,15 NA LWL Geräte gekoppelt werden. Erbium-dotierte Faser-Laser entwickelt, um augensicher Faserlaser KW-Klasse Größenvorteile zu erzielen - Optischer Licht-Weg-Diagramm, wie unten 7.79x nm Gerät angezeigt wird TM gepumpt. . Diese Geräte gekoppelt optische Leistung von mehr als 70 W, um die Faser, mit Wirkungsgrad größer 40% und die entsprechende Helligkeit 13 MW/cm2-str 15xx nm Geräte sind auch in medizinischen Anwendungen zum Einsatz zeigen (Falten), Er: YAG-Laser Pumpe Pu und Erbium-dotierten Faserlaser zu pumpen. Nur 7 Geräten und einer einzigen Polarisation, haben wir mehr als 15 Watt Lichtleistung gemacht. Das Gerät verfügt über eine entsprechende Helligkeit größer als 3,5 MW/cm2-str. Wir glauben, dass, wenn wir polarisierter Lichtstrahl mit dem Gemeinsamen polarisierten Laserdiode gekoppelt, können mehr als 30 Watt Lichtleistung zu erreichen. Schließlich 9xx nm Effizienz Wert nahe bei 50% Helligkeit Wert 20 MW/cm2-str erreichen Sie mehr als 100 Watt Lichtleistung.
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Abbildung 7: (oben) 14 Pearl einzelne Röhre Laserdiodenmodul 9xx nm Lichtweg Karte, NA Karten und Spot-Karte. (The) LIV-Kurven für die gekoppelte in 105 Mikron, 0,15 NA LWL-Geräte. (Unten links) für 808 nm, Ausgangsleistung von mehr als 70w gekoppelt mit einem 105um, 0,15 NA LWL Ausstattung. (Unten Mitte) auf dem 15xx nm, Leistung mehr als 15w gekoppelt mit einem 105um, 0.15NA Faser Ergebnisse. (Unten rechts) von 9xx nm-Geräte, die Ausgangsleistung mehr als 100w eine 105um, 0,15 nm Faser eingekoppelt, gemessen heller als 20 MW/cm2-str.
4 Fazit
Review zeigen wir 80x die 15xx-nm High-Brightness-Halbleiterlasermoduls. Diese Produkte können häufig in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden, darunter: Faserlaserpumpen, pumpte Festkörperlaser, Medizin und Materialbearbeitung.
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Bis zum Ende des Problems gibt es
