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2021年中国激光金耀奖

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35号 大科激光准单模工业5千瓦光纤激光器

目前,国产单谐振腔型准单模光纤激光器的输出功率普遍在3KW量级,所用能量传输光纤长度通常不超过10m。针对国产多模光纤激光器所存在的应用痛点:在切割方面,因光束质量差导致在中薄板材切割时,存在加工效率不高,厚板切割断面不光滑、坡度大,难以切割高反射材料;在焊接方面,无法进行深熔焊,而针对紫铜等高反材料,无法进行有效焊接。 我司经过反复实验论证,通过特有的光路方案设计和优秀的工艺处理,解决了限制功率增加的两大难题:横向模式不稳定和受激拉曼散射,成功研发了工业级DK-5000AR单谐振腔型准单模连续波光纤激光器,其光束质量M2≤2,在配备20米传能光纤同时拉曼抑制比优于-40dB,能够满足更大工作幅面的设备。在极高的光束质量和优异的抗回光性能加持下使得该产品可以完美应用于铜、铝等高反射率材料的各类焊接工艺,特别是深熔焊表现更为突出,为新能源、3C、电力等行业所需的铜、铝及其合金等材料的高质量、高精度焊接提供了优质解决方案。在激光切割方面,可兼顾中薄板的高速切割与厚板的亮面切割,且切割尺寸精准、锥度小。

大科激光是国内首家提出单模光纤激光器概念并推出相应工业产品的公司。激光器输出光束根据物理特性可分为单模(single mode)和多模(multi-mode)两种。按照光束质量M2因子的不同来区分单模和多模。大科激光倡议将M2因子小于1.3的单模激光称为纯单模(pure single mode),将M2因子在1.3~2.0之间的单模激光称为准单模(quasi single mode)光纤激光器。M2因子大于2.0的光纤激光器称为多模光纤激光器。 大科激光自主研发的DK-5000AR单谐振腔准单模连续波光纤激光器,采用976 nm 波长半导体激光器泵浦技术,在保证泵浦光充分吸收和激光器光光转换效率的同时,缩短增益光纤长度,提高激光器受激拉曼散射阈值,采用独特的增益光纤盘绕技术抑制模式不稳定,提高输出光束质量,实现了5.16 kW激光功率输出,能量传输光纤(芯径50 μm, NA 0.12)长度达到20 m。 激光器包括976 nm 波长半导体激光器(LD)、前向泵浦合束器、高反光栅(HR)、掺镱光纤(YDF)、低反光栅(OC)、后向泵浦/信号合束器、包层光滤除器(CPS)、能量传输光纤和输出端帽(QBH) 。所用光纤光栅对的中心波长为1080 nm,掺镱光纤的模场面积约为400 μm2。 在同等功率下,准单模5000W焦点位置能量密度约为多模5000W(100 μm芯径输出,M2≈12)的5倍左右。超高的焦点功率密度让准单模5000W在材料焊接时可以实现更大的熔深和深宽比,有效缩小热影响区域和焊缝上下宽度差;优异的抗回光性能使得准单模5000W激光器在应对多模激光器难以加工的高反材料时更加游刃有余,可以实现焊接无飞溅、表面平整、焊缝规则、内部致密、焊缝深宽比大等,为高反材料如铝、黄铜、紫铜的高质量高精度焊接提供了优质解决方案。
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