隨著制造業(yè)，特別是高端制造業(yè)的不斷發(fā)展，輕質(zhì)化、高性能光纖激光器的應(yīng)用場景不斷被拓寬，被廣泛需求于飛機(jī)制造、汽車制造、橋梁建設(shè)、海洋裝備等多個領(lǐng)域。

圖片來自網(wǎng)絡(luò)

我們知道，泵浦源是光纖激光器最主要的組成部件，決定了光纖激光器的核心性能。輕質(zhì)化和高性能是光纖激光器的發(fā)展趨勢，也要求半導(dǎo)體激光器泵浦源，必須做到輕質(zhì)化和高性能。

凱普林從2011年開始對鎖波長等先進(jìn)泵浦源進(jìn)行研發(fā)，支持了國內(nèi)眾多項(xiàng)目的開展，率先在國內(nèi)推動輕質(zhì)化、高性能半導(dǎo)體激光器泵浦源研究，目前已形成一系列覆蓋不同功率段的產(chǎn)品。從100g 140W 的鎖波長高亮度泵浦源，到420g 1000W的泵浦源，擁有全功率段的輕質(zhì)化，高性能產(chǎn)品系列。

420g 1000W泵浦源

今年9月份，凱普林憑借“高功率 高亮度 輕質(zhì)化”半導(dǎo)體激光泵浦源榮獲2022中國激光“金耀獎”新產(chǎn)品銅獎。

這期，我們以420g的1000W泵浦源為案例，講解一下，凱普林是如何做到輕質(zhì)化、高性能的。

輕質(zhì)合金材料

常規(guī)的泵浦源使用的是無氧銅作為管殼和熱沉的基本材料，重量大。我們結(jié)合了航天等其他行業(yè)的成熟經(jīng)驗(yàn)，選擇輕質(zhì)合金材料，采用特殊的材料加工工藝，包括3D打印技術(shù)，去制備激光器的整體結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)最大程度的減重以及足夠的功能性。

材料選擇：低密度兼具好的力學(xué)特性

高熱導(dǎo)率和可塑性（機(jī)加工&3D打印）

拓?fù)鋬?yōu)化高剛性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在激光器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中，采用拓?fù)浞绞�，�?yōu)化高剛性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保持結(jié)構(gòu)足夠的剛性前提下，盡可能降低重量。

類蜂巢減重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及熱、力學(xué)分析

對光學(xué)穩(wěn)定性影響降至最低

高對流換熱系數(shù)多通道冷卻技術(shù)

結(jié)合芯片的散熱需求，設(shè)計(jì)合理的對流散熱通道，保證激光器芯片工作在安全的溫度范圍內(nèi)，同時，整體結(jié)構(gòu)不會因溫度差而造成較大的形變。優(yōu)化流道結(jié)構(gòu)以匹配最低要求的冷卻系統(tǒng)的壓力、流量，達(dá)到芯片溫度的控制目標(biāo)。

密集空間排列技術(shù)

在光纖耦合過程中，我們采用了密集空間排列技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了最大的功率密度，我們基于此技術(shù)已經(jīng)開發(fā)出了一系列的產(chǎn)品，并應(yīng)用在工業(yè)，科研，藍(lán)光等多個領(lǐng)域。

密集空間排列技術(shù)(DSBC)

芯片亮度 VS 光纖輸出功率（基于DSBC技術(shù)）

光纖包層光剝離技術(shù)

為了保證輸出光纖的穩(wěn)定性，我們采用端帽及特殊的模式剝離技術(shù)，相較于傳統(tǒng)的直接耦合光纖， 擁有更低的耦合功率密度，更少的包層光能量，可以承受更高的耦合功率。實(shí)現(xiàn)高可靠性和高功率輸出。

端帽及特殊模式剝離原理

小結(jié)一下，通過“輕質(zhì)合金材料+拓?fù)鋬?yōu)化高剛性結(jié)構(gòu)+高對流換熱系數(shù)多通道+密集空間排列+光纖包層光剝離”，最終我們實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)品重量小于420g，915 和 976nm千瓦輸出的產(chǎn)品已經(jīng)應(yīng)用在客戶的不同場景下，支持了客戶項(xiàng)目和應(yīng)用的最終需求。

未來，隨著高功率半導(dǎo)體激光芯片亮度的提升，新材料和材料加工工藝的創(chuàng)新，輕質(zhì)化、高功率半導(dǎo)體泵浦源將在各類光纖激光器制備中發(fā)揮不可替代的作用，推動下游應(yīng)用快速發(fā)展。

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