摘要：976nm泵浦技術(shù)由于其電光轉(zhuǎn)化效率高、非線性效應(yīng)低被認(rèn)為是高功率光纖激光器發(fā)展的技術(shù)路線，但是由于溫度敏感性高、技術(shù)難度高在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，工業(yè)內(nèi)尚不能完全工業(yè)規(guī)?；喾矗?15nm泵浦技術(shù)路線成為工業(yè)大規(guī)模應(yīng)用的主流；行業(yè)內(nèi)一直把976nm泵浦技術(shù)的冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化、穩(wěn)定波長(zhǎng)的VBG鎖頻技術(shù)作為小批量特種應(yīng)用的主要研究方向。

國(guó)外激光器公司首先突破976nm泵浦技術(shù)并實(shí)現(xiàn)976nm泵浦技術(shù)工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)制造。GW自2015年以來通過不斷研究和探索，初步完成976nm產(chǎn)業(yè)化布局。

截至目前，GW已經(jīng)成功推出基于976nm技術(shù)的500W-3000W工業(yè)用單腔單模激光器及4000W-20,000W工業(yè)用多模光纖激光器，上千臺(tái)的工業(yè)用戶的批量使用已經(jīng)初步驗(yàn)證了976nm技術(shù)完全可以滿足工業(yè)應(yīng)用更嚴(yán)格的可靠性要求，而且在這個(gè)過程中通過和國(guó)內(nèi)合作伙伴的持續(xù)努力，已經(jīng)基本完成供應(yīng)鏈的國(guó)產(chǎn)化，為976nm技術(shù)在國(guó)內(nèi)的持續(xù)產(chǎn)業(yè)化奠定了基礎(chǔ)。

 1、976nm泵浦技術(shù)VS915nm泵浦技術(shù) 

 2、976nm泵浦技術(shù)瓶頸 

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，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。

為了解決976nm泵浦技術(shù)的溫度敏感性問題，一方面通過設(shè)計(jì)來提高冷卻系統(tǒng)的散熱效果，通過理論計(jì)算及有限元等多種手段來使得其散熱效果率高，讓其工作溫度變化不超過5-10℃，德國(guó)Dilas率先通過微通道技術(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，無法實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大規(guī)模的生產(chǎn)。

 3、國(guó)外廠商首先完成了976nm泵浦技術(shù)工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)制造 

IPG一邊在976nm泵浦的冷卻方式進(jìn)行系統(tǒng)的開發(fā)和研究，利用其獨(dú)特的單管技術(shù)，具有輸出密度低、低熱負(fù)載、最簡(jiǎn)單的被動(dòng)式冷卻設(shè)計(jì)、半導(dǎo)體在熱、電兩端均為獨(dú)立等熱管理的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)不斷探索和完善976nm泵浦技術(shù)路線，目前IPG是業(yè)內(nèi)首家完全掌握976nm泵浦技術(shù)并且進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)化使用的光纖激光器制造商。

Rofin在976nm泵浦技術(shù)上緊跟其后，其利用德國(guó)Dilas泵浦二級(jí)體的mini-bar，使得其中心波長(zhǎng)和線寬更加穩(wěn)定，但最終因公司的經(jīng)營(yíng)管理及被Coherent收購(gòu)的戰(zhàn)略調(diào)整等因素而未廣泛在工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)中應(yīng)用。

 4、GW的976nm泵浦技術(shù)路線工業(yè)化之路 

在多年技術(shù)研發(fā)經(jīng)驗(yàn)積累的基礎(chǔ)上，考慮到976nm泵浦技術(shù)的諸多優(yōu)點(diǎn)，GW從2015年進(jìn)入中國(guó)，經(jīng)過多年努力初步實(shí)現(xiàn)976nm工業(yè)化的規(guī)模應(yīng)用，在下面幾個(gè)方面進(jìn)行了技術(shù)的突破及優(yōu)化：

1）芯片的選型，其中中心波長(zhǎng)和芯片的線寬是芯片的兩個(gè)核心因子，GW經(jīng)過反復(fù)的理論設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，目前使用的芯片可以滿功率在中心波長(zhǎng)附近長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，GW從976nm芯片著手，重新定義適合大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的976nm中心波長(zhǎng)和線寬要求。

2）芯片和冷水版的溫差系數(shù)，通過與合作伙伴設(shè)計(jì)優(yōu)化芯片與冷水版的波長(zhǎng)溫差系數(shù)，通過泵浦源的基底熱襯、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、芯片的材料學(xué)設(shè)計(jì)等來優(yōu)化多-單管封裝技術(shù)，提高散熱性能，完善高功率976nm泵浦二極體導(dǎo)熱率、散熱能力以及波長(zhǎng)溫漂系數(shù)等關(guān)鍵指標(biāo)，同步結(jié)合冷卻系統(tǒng)的流量參數(shù)、冷卻劑等，從而降低976nm泵浦中相對(duì)較窄的吸收峰對(duì)溫度變化的影響，GW經(jīng)過了長(zhǎng)期可靠性驗(yàn)證，通過10000小時(shí)的激光功率輸出檢測(cè)和光束能量分布的老化測(cè)試，目前GW創(chuàng)造性的解決了976nm泵浦的冷卻問題，并且在國(guó)際國(guó)內(nèi)機(jī)構(gòu)申請(qǐng)了相關(guān)專利。

3）光纖增益腔的優(yōu)化，通過反復(fù)優(yōu)化泵浦結(jié)構(gòu)、摻鐿光纖的類型和長(zhǎng)度來降低激光器對(duì)溫度變化的影響。同時(shí)，通過均勻的雙邊泵浦，降低泵浦光隨著增益光纖長(zhǎng)度的變化而帶來的吸收效率的變化，確保在一定溫度范圍內(nèi)，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的輸出。

GW已經(jīng)通過和供應(yīng)商伙伴的不斷優(yōu)化，初步完成976nm產(chǎn)業(yè)化布局，推動(dòng)了行業(yè)從傳統(tǒng)的915nm泵浦技術(shù)向更高效的976nm泵浦技術(shù)的技術(shù)升級(jí)。截至目前，GW已經(jīng)成功推出基于976nm技術(shù)的500W-3000W工業(yè)用單腔單模激光器及4000W-20,000W工業(yè)用多模光纖激光器，上千臺(tái)的工業(yè)用戶的批量使用已經(jīng)初步驗(yàn)證了976nm技術(shù)完全可以滿足工業(yè)應(yīng)用更嚴(yán)格的可靠性要求，而且在這個(gè)過程中通過和國(guó)內(nèi)合作伙伴的持續(xù)努力，已經(jīng)基本完成供應(yīng)鏈的國(guó)產(chǎn)化，為976nm技術(shù)在國(guó)內(nèi)的持續(xù)產(chǎn)業(yè)化奠定了基礎(chǔ)。