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　　摘要：915nm波段泵浦方案在單模組高功率光纖激光器開發中存在局限。在設計高功率方案時，因光纖非線性效應、光光效率損失、熱管理難度增加，以致單模組無法完成，只能使用多個單模組進行激光合束達到高功率，而此方案成本高、光束質量低而面臨越來越多的壓力。使用976nm波段泵浦方案將解決上述問題，增益有源光纖對976nm波段泵浦光的吸收效率是915nm波段泵浦光的2-3倍：由于吸收效率更高，增益有源光纖長度短，光纖非線性效應低，976nm泵浦方案可以輕松實現3kw甚至更高功率的單模組激光器。泵浦方案因為其光電轉化效率達到42%以上，相比于915nm泵浦的30%，終端客戶使用的省電優勢明顯。3kW的激光設備，976nm泵浦的激光器一年將會省電2萬元，整個壽命期間省電10萬元左右，10kw的將會省電近40萬元，這將會給終端客戶帶來巨大的實惠。從目前來看，隨著976nm泵浦技術的規模應用，光纖激光器976nm泵浦技術替代915nm的技術革命已經開始，未來的光纖激光器向著單模組更高功率發展，而單模組高功率將會是976nm泵浦技術主導。
 

　　工業光纖激光器市場發展迅猛，CO2激光器及其他激光器因其結構復雜、柔性化程度低、切割速度及效率不夠等相繼被市場淘汰，光纖激光器的持續提高，目前已經占比50%左右。而在光纖激光器中，中低功率光纖激光器(輸出功率1500瓦以下)的產品技術難度相對較低，廠家之間的競爭亦在加強，成本壓力增加，一些技術的光纖激光器廠家紛紛開始將目光投向單模組高功率光纖激光器(輸出功率1500瓦以上)市場。隨著激光器價格的下降，市場也向著更高功率的方向發展。以往使用915nm波段的半導體激光器作為光纖激光器的泵浦源，盡管915nm激光器存在0.3nm/℃的波長溫度漂移系數，且增益有源光纖在915nm波段的吸收峰較寬，激光器泵浦源受環境溫度影響的中心波長漂移對增益光纖的吸收效率影響不大，光纖激光器整機對工作環境溫度不敏感，因此915nm波段泵浦方案在中低功率光纖激光器市場得到廣泛認可。在設計單模組高功率光纖激光器方案時，由于在915nm波段增益有源光纖的吸收效率低，為達到整機光纖激光器輸出更高功率目的，在技術上要求使用更高的915nm泵浦功率和更長的有源光纖，這將導致不得不面對光纖非線性效應、光光效率損失、熱管理難度增加、單位瓦數成本上升等諸多困難。此時，要達到更高功率的輸出，只能使用多個單模組激光器進行激光合束達到高功率的輸出，而此方案激光輸出光束質量低，成本居高不下。976nm泵浦因其技術特性導致使用976nm波段泵浦方案可以很好得解決上述在單模組高功率光纖激光器開發中面臨的問題。增益有源光纖對976nm波段泵浦光的吸收效率是915nm波段泵浦光的2-3倍：由于吸收效率更高，增益有源光纖長度更短，光纖非線性效應更低，目前976nm雙向泵浦可以輕松實現3kw及以上單模組高亮度激光的輸出。
 

　　因為摻鐿光纖對976nm和915 nm波長的光有非常強烈的吸收特性，所以這類激光器主要由發射上述波長的半導體激光器 (LD)泵浦。下圖是兩種典型的摻鐿光纖對800~1100 nm光譜的相對吸收率，摻鐿光纖在915nm 和 976 nm附近存在明顯的特征吸收峰。976 nm光波在鋁硅酸鹽摻鐿光纖中的吸收率是915 nm光波的將近3倍，在磷硅酸鹽中前者的吸收率更是后者的近5倍。吸收率的差異體現在摻鐿光纖的使用長度，效率差異來自于量子效率的差異976nm/1070nmVS915nm/1080nm。976nm如此懸殊的吸收率差異，意味著這類激光器采用976 nm LD泵浦技術能夠獲得更高的光-光轉換效率。
 

　　雖然976 nm泵浦方式有著更高的吸收率和光光轉換效率可以有效減少增益光纖的長度，并且能夠減少有害的光子暗化效應，但是其相對于915 nm泵浦方式在光纖處理和耦合上的技術難度更大。而且摻鐿光纖在976 nm范圍的吸收譜過于狹窄，泵浦源溫度波動導致的波長變化很容易導致激光器輸出功率不穩定，采用這種泵浦技術對激光器的熱管理系統有非常嚴格的要求。正因為如此，目前只有少數的激光器廠商像IPG、Coherent-Rofin以及美國的GW Laser Tech等廠商在量產的工業激光器中大規模使用976 nm 泵浦源。隨著市場對更高功率的需求越來越凸顯，市場競爭越來越激烈，只有成本更低、功率更高的976nm泵浦方案才能滿足日益增長的客戶的需求。而只有976nm泵浦技術可以做到成本更低的單模組高功率的產品，因此，我們認為976nm泵浦技術將會是未來的主流技術路線。
 

915/976nm泵浦摻鐿光纖斜效率對比
 

鋁硅酸鹽和磷硅酸鹽摻鐿(Yb)光纖對800~1100 nm光譜的相對吸收率
 

　　976nm雙向泵浦技術、單模組功率輕松達到3kw 美國 GW LaserTech
 

　　在同樣的泵浦功率輸入情況下， 976nm泵源后在工作條件下增加了10%，達到了85%：相比于915nm泵浦的75%的光光轉化效率，意味著同樣的激光功率，976nm的泵浦功率將會比915nm泵浦功率減少10%以上，也就意味976nm泵浦成本更低，這將會是巨大競爭優勢。同時，976nm泵浦方案因為其光電轉化效率達到42%以上，相比于915nm泵浦的30%，終端客戶使用的省電成本優勢明顯。如下表所示，3kw的激光設備，976nm泵浦激光器一年將會省電2萬元，整個壽命期間省電10萬元左右，10kw的將會省電近40萬元，這將會給終端客戶帶來巨大的實惠。
 

　　GW Laser Tech 成立于2015年，專注于976nm泵浦高功率單模光纖激光器及多模高功率光纖激光器的研發、生產與銷售，截至目前先后推出1000W至3000W單腔單模光纖激光器并且完成批量銷售，以及推出6000W至12000W多模激光器，其中6000W已經*小批量出貨。歡迎下游激光系統方案解決者過來咨詢，合作交流，共同開發此市場。