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藍光傳輸光纖及藍光器件

來源:西安中科匯纖2022-01-06 我要評論(0 )   

藍光焊銅無迸濺的的概念,在2018年Nuburu公司獲得Photonics West的Prism awards獎之后,逐漸被國內激光從業(yè)者關注并陸續(xù)傳開。當下,藍光的工業(yè)焊接應用,或者藍光和近...

藍光焊銅無迸濺的的概念,在2018年Nuburu公司獲得Photonics West的Prism awards獎之后,逐漸被國內激光從業(yè)者關注并陸續(xù)傳開。

當下,藍光的工業(yè)焊接應用,或者藍光和近紅外激光的“復合波長”焊接,非?;?。

目前市面上的光纖耦合半導體激光器玩家,和激光器應用廠家,都在試探性地進行一些研究和工藝摸索,只是并沒有跡象表明,誰會大投入進行推進。

藍光,我們這里主要指450nm或者455nm等附近波長的半導體激光器,經(jīng)過光纖耦合輸出,光纖可以是105/125 0.22NA,200um/0.22NA,400um/0.22NA等。

藍光光源系統(tǒng)的組成比較簡單,多數(shù)是將低功率的光纖耦合泵浦LD模塊,通過光纖合束器,合束到更粗的光纖之中,然后經(jīng)過端帽鎧纜輸出,結構基本如下圖所示:

西安中科匯纖光電科技有限公司(以下簡稱匯纖),有10多年的高功率光纖器件設計和制造經(jīng)驗,主打產(chǎn)品為光纖合束器,分束器,模場匹配器MFA,包層光剝除器CPS,端帽光纖等產(chǎn)品,功率從幾百瓦至幾萬瓦,波長從紫外至中紅外,光纖直徑從80um至1.5mm。

以上藍光光源系統(tǒng),除泵浦激光器外,幾個關鍵的部件,匯纖從2019年就開始了研究:

1

半導體激光器輸出光纖(同合束器輸入光纖)

2

Nx1合束器

3

合束器輸出光纖

4

包層光剝除器CPS

5

輸出頭EFC8-Q(Endcaped Fiber Cable φ8mm端帽),100%匹配QBH

上述5大部件,看起來非常簡單,但450nm波段由于其單光子能量高,很多近紅外波段激光器的經(jīng)驗,無法平移到此波段,下面就讓我們開啟小小的頭腦風暴,來探討一下吧。

1、半導體激光器的輸出光纖

根據(jù)我們多年的高功率器件制作經(jīng)驗,這里面有三個關鍵點,分別是:

① 光纖工作波長

普通的IR波段(9xxnm,10xxnm)光纖,都是所謂Low OH(低羥基),羥基含量通常<1ppm甚至更低,但是這樣的光纖經(jīng)過我們實際用450nm光源測試發(fā)現(xiàn),損耗相比915nm大很多。

為此,匯纖定制了特殊可以在450nm工作的低損耗藍光光纖,結構包括105/125 0.22NA, 200um/0.22NA, 400um/0.22NA, 600/0.22NA, 800um/0.22NA, 1000um/0.22NA等。

我們截取了國外C公司的IR波段105/125 0.22NA,對比我們定制的低損耗藍光光纖105/125 0.22NA,各10m,基于如下測試架構,對比測試了損耗。

待測光纖

C公司光纖損耗:0.0489dB/m

匯纖低損耗藍光光纖損耗:0.0186dB/m

② 耦合端帽是否必要

據(jù)我們所知,有些半導體激光器廠商,用裸纖,或者SMA905,或是LD80接頭的結構來耦合450nm藍光。

目前的主流功率,以105/125 0.22NA光纖為例,大約是70-150W。

以200um/0.22NA為例,大約是200-300W。

光纖端面直接鍍膜,再耦合的方式,一旦耦合偏心,有光進入包層,“燒頭”可能就是不可避免的了。

為此,匯纖特有EFC2-Q,結構如下,它能夠在接頭之外將包層光泄漏,包層剝除效率>=20dB,使進入接頭后傳輸?shù)墓饩褪羌儍舻睦w芯光。

結論:輸入耦合端加端帽,是一種不錯的選擇,當然,耦合端使用什么樣的形式,可能半導體激光器廠家更有發(fā)言權,見仁見智。

③ 光纖涂覆層結構

匯纖定制的低損藍光光纖,均使用的是低折射率第一涂覆層,硬質第二保護層,即便有少量包層光,也能順利地通過光纖包層傳輸,不會燒毀涂覆層,直到后續(xù)熔接點將其濾除。

2、 Nx1合束器

目前匯纖已經(jīng)制作過的Nx1藍光450nm合束器,包括以下結構

- 3x1,105/125 0.22NA=>200/220 0.22NA

- 7x1,105/125 0.22NA=>220/242 0.22NA

- 13x1, 105/125 0.22NA=>400um/0.22NA

- 19x1, 135/155 0.22NA=>600um/0.22NA

- 37x1, 105/125 0.22NA=>800um/ 0.22NA

- 19x1, 200/220 0.22NA=>1000um/0.22NA

3、合束器輸出光纖

輸出光纖選用的仍然是低損耗藍光光纖,且涂覆層是具備低折射內涂層的結構,外涂采用硬質保護層。

合束器內部,內置了CPS(包層光剝除),也可以采用外置CPS的結構,這樣包層光泄漏的壓力就全部在外面,減輕了合束器熱量集中的問題。

上一段提到輸出光纖,均為低損耗藍光光纖。

作為輸出光纖,通常都要求5m,甚至10m,低損藍光光纖,具有更高的傳輸效率,更低的損耗——即意味著更低的吸收,更長的壽命。

4、CPS

該器件可內置于合束器,也可以外置成單獨的器件,外置的好處上面已經(jīng)提到,并且匯纖可以將合束器,CPS,以及下面要談到的EFC8-Q(100%匹配QBH)做成套裝,這樣器件之間沒有熔接點,更有利于損耗的控制。

5、 輸出端帽鎧纜EFC8-Q

整體采用匹配QBH的結構,端帽石英棒采用賀利氏Heraeus高純石英材質,端面鍍了增透AR膜,鍍膜曲線反射譜如下。

輸出接頭內部,光纖不與冷卻水接觸,屬于間接水冷結構,這樣更安全。

西安中科匯纖,成立于2013年,專注于高功率光纖激光器件,是通過了ISO9001認證的國家級高新技術企業(yè),擁有發(fā)明及實用新型專利20多項。


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