連続高出力ファイバーレーザーに対するポンプ波長の影響
現在、イッテルビウムドープファイバーレーザーには、915nm、976nm、1018nmの3つの主要なポンプ波長があります。最初の2つは主に工業製品に使用され、最後の1つは超高単繊維パワー科学研究製品に使用されます。 。 イッテルビウムドープファイバーレーザーのポンプ波長の選択は、主にイッテルビウムドープファイバー（YDF）の吸収および発光スペクトルによって決定されます。
YDFは915nmと976nmの近くに吸収ピークを持っていることがわかります。915nmの吸収ピークの吸収断面積は976nmの吸収ピークの1/3であり、915nmの吸収ピークの幅は976nmの吸収ピークよりもはるかに大きいです。 。吸収ピークの特性は、ほとんどの産業用レーザーがポンプ源として976nmではなく915nmを使用する理由も決定します。一方では、半導体レーザーチップの製造プロセス中に、一般に数十nm付近の低温波長（低出力動作用の波長）の特定の分布があります。976nmの吸収ピークを使用する場合、波長レーザーチップの一部をスクリーニングする必要があり、その結果、歩留まりが低下し、コストが上昇します。一方、半導体レーザーの出力波長は、その温度（放熱温度、動作電流、出力に関連）と正の相関があります。つまり、温度が高いほど、波長は長波方向にドリフトします。 1度あたりのドリフトは0.3nmであるため、976nmを使用する場合、ポンピングはレーザーの冷却と温度制御に高い要求を課します。 915nmポンプの吸収強度は976nmポンプの1/3にすぎませんが、915nmポンプレーザーで使用されるYDFの長さは976nmの3倍ですが、レーザー設計はよりシンプルで信頼性があります。
976nmポンプは、科学研究機関の研究において常に主流の技術ルートであり、主に輸入された976nmポンプ源、さらには波長ロックされたポンプ源を使用します。つまり、フィードバック波長のグレーティングを半導体レーザー合成光路に挿入して安定させます。出力波長と圧力狭い線幅。このタイプのポンプ源はコストが高く、コストが非常に高い産業用レーザー分野には適していません。
近年、976nmチップとパッケージング技術の漸進的な成熟、特に長年にわたる国内ファイバーレーザー研究結果の波及により、976nmポンプ技術は徐々に産業分野で大規模に適用され始めています。特に水冷超高出力レーザーでは、徐々に技術トレンドになりつつあります。理由は次のとおりです。
（1）976nmポンプの量子効率は915nmポンプの量子効率よりも約10％高いため、システムの電気光学効率が高くなります。つまり、同じ出力で使用するポンプ電力を10％削減できます。コスト管理に有益な電力。
（2）連続レーザーの単価が継続的に下落しているため、ポンプ光源のコストは徐々に下がっていますが、ゲインファイバーのコストは上昇傾向にあります。976nmポンプはファイバーの1/3しか必要としません。 915nmと比較して長さ。ファイバー材料のコストが削減され、ファイバー長の短縮により、レーザーの全体的な構造がより小さくコンパクトになります。同時に、高出力レーザーの場合、非線形効果も効果的に抑制されます。
（3）レーザーダイナミクスプロセスとYDF吸収および発光スペクトルデータによると、上部エネルギー粒子の母集団レベルは、976nmでポンピングした場合、915nmポンプよりもはるかに低く、YDFの光が暗くなるリスクが低減されます。安定性が向上しました。
もちろん、976nmのポンピングにも特定のリスクと問題があります。
（1）工業製品は高価な976nm波長ロックポンプ源を使用できないため、チラーの温度制御精度に対するより高い要件。
（2）高出力シングルモード製品のモードは、単位長さあたりに吸収されるポンプ光の出力が高く、熱負荷が高いために制限されます。出力が一定レベルまで高くなると、TMIが発生し、大幅に増加します。出力レーザーのM2を劣化させます。
（3）統合プロセスの難易度が増し、より高い熱負荷条件下で安定した信頼性の高い動作を保証するために、主要な融点の処理がより困難になりました。
実際のアプリケーションでは、特に電力だけに焦点を当てる場合は、考慮すべき要素がまだたくさんあり、適切なポンプ方式を選択するには包括的なバランスが必要です。 Guangzhi Technologyによって開発された2kWから5kWの高出力狭線幅シングルモードCWレーザーは、出力、スペクトル、ビーム品質、非線形性などの包括的な要件を含む、さまざまなアプリケーションシナリオの要件に従って最適化されたポンピングスキームを選択します。
実際、915nmと976nmの2つの波長に加えて、940nmと960nmの波長のポンプ光源もファイバーレーザーでよく使用されます。この種の波長ポンプソースの選択は、多くの場合、ゲインファイバの選択に関連しています。一部のリンドープYDFの場合、図2に示すように、その吸収スペクトルと発光スペクトルが変化する可能性があります。このとき、915 nmの吸収ピークは重要ではなくなり、ポンプ波長を長くするとレーザー変換効率が向上します。
しかし、レーザー出力の継続的な改善により、従来の半導体ポンプの輝度は超高出力単繊維出力の要件を満たすことが困難でした。そのため、IPGは1018nmに基づくカスケードポンプを提案し、このソリューション。20kWの出力。 1018nmカスケードポンピングの基本的な考え方は、最初に976nm半導体レーザーポンプを使用して1018nmレーザーを生成し、レーザーの輝度を数桁上げてから、1018nmレーザービームを組み合わせて1080nmレーザーをポンピングすることです。シングルファイバーレーザーパワーブーストのポンプ輝度制限がオンになります。
Guangzhi Technologyは、976nmポンピングに基づく300W〜500W 1018nmレーザーモジュールを開発し、このモジュールに基づいて、大型の科学研究用レーザーデバイスのポンプ源として使用するのに適した5kW〜8kW1018nmポンプモジュールを開発しました。
ファイバーレーザーの出力向上は継続しており、適用可能な作業シナリオが増え、エンジニアリングの度合いがますます高くなっています。市場の見通しは広く、有望です。これらの成果は、高出力ファイバーレーザーの研究開発への我が国の継続的な大規模投資、主要な材料、デバイス、システムコア技術の飛躍的進歩、および専門家グループのトレーニングの恩恵を受けています。産業分野でのファイバーレーザーの大規模な適用により、産業チェーン全体がより完全になり、規模の利点が徐々に現れてきました。