In den letzten Jahren hat sich der Markt für industrielle Faserlaser rasant entwickelt und weist eine starke Dynamik auf. Der Marktwettbewerb für Faserlaser mittlerer und niedriger Leistung ist hart und ist in die Phase des Preiswettbewerbs eingetreten. Die Kostenkontrolle ist für Faserlaserhersteller zu einem wichtigen Mittel geworden, um am Marktwettbewerb teilzunehmen. Die Marktnachfrage nach Hochleistungsfaserlasern ist dringend und die Marktlücke ist riesig, aber die Unterdrückung nichtlinearer Effekte ist schwierig und Faserlaserhersteller suchen nach neuen Lösungen.
Mit der Reife der Temperaturkontrolltechnologie industrieller Faserlaser für Pumpquellen wurde die Anwendung von 976-nm-Band-Pumpquellen in industriellen Faserlasern nach und nach vom Markt erkannt und akzeptiert. Die Faserlaser-Verstärkungsfaser weist eine hohe Absorptionseffizienz für die 976-nm-Band-Pumpquelle auf, wodurch die Herstellungskosten und Pumptechnologieschwierigkeiten industrieller Faserlaser wirksam gesenkt werden können. Viele technologisch fortschrittliche Faserlaserhersteller haben ihre technischen Lösungen auf die 976-nm-Bandpumpenlösung konzentriert, um so schnell wie möglich größere Marktvorteile zu erzielen.
Anwendungsvorteile
Industrielle Faserlaser erreichen die Energieumwandlung von Pumplicht in Signallicht durch Verstärkungsfasern (Ytterbium-dotierte Fasern). Mit Ytterbium dotierte Fasern weisen zwei offensichtliche charakteristische Absorptionspeaks im 915-nm- und 976-nm-Band auf. Der Absorptionskoeffizient im 915-nm-Band ist relativ niedrig und das Absorptionsspektrum breit; Der Absorptionskoeffizient im 976-nm-Band ist 2-3-mal so groß wie der des 915-nm-Bandes (wie in Abbildung 1 dargestellt), aber das Absorptionsspektrum ist relativ schmal.
Die vom 915-nm-/976-nm-Pumplaser bereitgestellte Pumplichtenergie entspricht den Absorptionsspitzeneigenschaften der Ytterbium-dotierten Faser. In der Vergangenheit verwendeten viele Hersteller von Faserlasern die Pumplösung im 915-nm-Band, da der breitere Absorptionspeak der Ytterbium-dotierten Faser im 915-nm-Band die durch den größeren Temperaturkontrollbereich des Faserlasers verursachte Drift der Pumpwellenlänge ausgleichen kann. Der niedrigere Absorptionskoeffizient der 915-nm-Band-Pumpquelle bringt jedoch doppelte Hindernisse in Bezug auf Kosten und technische Anwendung mit sich und begrenzt den Entwicklungstrend zu leistungsstarken und kostengünstigen Faserlasern.
Bei im 976-nm-Band gepumpten Faserlasern weist die Verstärkungsfaser einen höheren Absorptionskoeffizienten für Pumplicht auf. Nach praktischen Rückmeldungen vieler inländischer Faserlaserhersteller kann der optische Wirkungsgrad des 976-nm-Bandpumpens 85 % erreichen, während der optische Wirkungsgrad des 915-nm-Bandpumpens 75 % beträgt (wie in Abbildung 2 dargestellt). Bei gleicher Pumpleistungsinjektion ist die Ausgangsleistung des Faserlasers im Vergleich zum 915-nm-Bandpumpen um 13 % höher, wenn das 976-nm-Bandpumpen verwendet wird, und die für das 976-nm-Bandpumpen erforderliche Verstärkungsfaserlänge ist kürzer, was die Materialkosten direkt senkt Gleichzeitig werden nichtlineare Effekte, optische Effizienzverluste und Schwierigkeiten beim Wärmemanagement effektiv reduziert. Allerdings stellt das 976-nm-Pumpen höhere Anforderungen an die Temperaturregelung des Faserlasers.
Kostenvorteil
Mit der Entwicklung und Reife der Technologie inländischer Faserlaserunternehmen ist der Marktanteil inländischer Laser stetig gestiegen, insbesondere bei Faserlasern mittlerer und niedriger Leistung, die im Wesentlichen eine inländische Substitution erreicht haben. Mit der zunehmenden Homogenität von Faserlaserprodukten mittlerer und niedriger Leistung ist der Wettbewerb auf dem Markt immer härter geworden. Seit 2019 ist es in die Phase des Preiswettbewerbs eingetreten. Die Kosten für Faserlaser stehen vor großen Marktherausforderungen. Um die Kosten zu senken, haben viele Faserlaserhersteller auf 976-nm-Pumpquellen gesetzt. Die höhere optisch-optische Umwandlungseffizienz der 976-nm-Pumpquelle kann die Kosten der Pumpquelle effektiv senken. Am Beispiel eines 1500-W-Faserlasers weist die 976-nm-Pumpquelle einen elektrooptischen Wirkungsgrad auf, der etwa 10 % höher ist als der der 915-nm-Pumpquelle, wodurch direkt 235 W Pumpquellenleistung eingespart werden, was die Herstellungskosten von Faserlasern erheblich senkt Außerdem werden etwa 11 % der Stromverbrauchskosten für die Endbenutzer von Faserlasern eingespart, wodurch mittlere und nachgelagerte Benutzer effektiv dabei unterstützt werden, sich Wettbewerbsvorteile auf dem Markt zu verschaffen.
Als Pumpquellen wurden in der Vergangenheit Halbleiterlaser im 915-nm-Band eingesetzt. Da der Laser vom breiteren Absorptionsspektrum des 915-nm-Bandes profitierte, wurde er weniger von der Temperatur beeinflusst. Allerdings war die Absorptionseffizienz der verstärkungsaktiven Faser im 915-nm-Band gering. Um eine höhere Leistungsabgabe des Faserlasers zu erreichen, war es technisch erforderlich, eine höhere 915-nm-Pumpleistung und eine längere aktive Faser zu verwenden. Dies würde dazu führen, dass Entwickler mit vielen Schwierigkeiten konfrontiert werden, wie z. B. dem nichtlinearen Effekt der Verstärkungsfaser, dem Verlust der optischen Effizienz, der zunehmenden Schwierigkeit des Wärmemanagements und dem Anstieg der Kosten pro Watteinheit. Wenn die Ausgangsleistung einen bestimmten Wert überschreitet, wird die 915-nm-Pumplösung äußerst kompliziert und scheitert schließlich.
Durch die Verwendung der 976-nm-Band-Pumplösung werden die oben genannten Schwierigkeiten der 915-nm-Band-Pumplösung gelöst. Die Absorptionseffizienz der Verstärkungsfaser im 976-nm-Band beträgt das 2-3-fache der des 915-nm-Bandes. Eine höhere Absorptionseffizienz führt dazu, dass die erforderliche Verstärkungsfaser kürzer ist, was eine Reihe technischer Vorteile mit sich bringt, wie etwa geringere nichtlineare Effekte. Es spart auch einige Materialkosten für Verstärkungsfasern. Darüber hinaus spiegelt der durch die optische Effizienz erzielte Kostenvorteil (der optische Wirkungsgrad der 976-nm-Band-Pumpquelle ist etwa 10 % höher als der der 915-nm-Pumpquelle) die Kosteneffizienz der 976-nm-Pumplösung in Hochleistungsfaserlasern weiter wider .
Wenn das Wärmemanagement kein Hindernis mehr für die 976-nm-Band-Pumplösung darstellt, kommen die doppelten Vorteile der Technologie und der Kosten der 976-nm-Pumptechnologie zum Tragen.
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