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Neue Hochleistungs-Einzelemitter-Dioden für Ytterbium-Faserlasersysteme

Überblick

Die FACTOR 976 nm Serie unterstützt ein effizienteres Pumpen von Ytterbium-Faserlasern in einem sehr kompakten und leichten Gehäuse und ist in der Lage, Leistungen bis zu 400 W bei einem Betriebsstrom von nur 21 A ohne zusätzliche Kühlung zu liefern. Diese neuen Dioden eignen sich für Hochleistungsanwendungen in Industrie, Medizin und Verteidigung und bieten VBG-Wellenlängenstabilisierung, um den thermischen Einfluss auf die Wellenlängeneigenschaften weiter zu reduzieren.

Während viele fasergekoppelte Module traditionell auf Hochleistungsdiodenlaserbarren basieren, sorgen jüngste Verbesserungen bei der Spiegelpassivierung für eine höhere COMD-Schwelle und ermöglichen so eine höhere Leistung pro Einzelemitter. Die Emitter sind treppenförmig angeordnet, wodurch der Abstand zwischen den Emittern vergrößert wird, was die Kühlung verbessert. Diese Anordnung erleichtert auch die räumliche Überlagerung mehrerer Emitter. Zusätzlich kommt in einigen FACTOR-Modulen auch Polarisationsmultiplexing zum Einsatz.

Einzelemitter-Dioden für Ytterbium-Faserlaser-Systeme
Die neuen FACTOR 976 nm Dioden werden in zwei Konfigurationen angeboten:
Verdi Faktor – 22 Faktor – 16
Ausgangsleistung (W) 400 150
Betriebsstrom (A) 21 12
Elektro-optischer Wirkungsgrad >45 (typ. 50) >48 (typ. 51)
Faserkern/Manteldurchmesser (µm) 200 / 240 106.5 / 125
90% Leistungsinhalt Numerische Apertur 0,16 (typ. 93%) Numerische Apertur 0,15 (typ. 93%)
VBG VBG VBG
Faserausgang Pigtail Pigtail
Abmessungen (nm) 97 x 76 x 12 96 x 50 x 12
Gewicht (g) 500 230
Coherent FACTOR 16 und FACTOR 22 Modelle

FACTOR-16 kann bis zu 150 W in eine 106,5/125 µm Faser pumpen und basiert auf einem Array aus 16 Einzelemittern. Das Modul wurde mit abwechselnden seitlichen Montagelöchern versehen, um die Dioden in einer sehr dichten Anordnung zu versetzen. Die Kühlung erfolgt durch Wärmeleitung über die Unterseite des Moduls. Dieses Modell enthält keine Modestrip-Faser, und das angeschlossene Faserpigtail ist kompakt.

FACTOR-22 kann bis zu 400 W in eine 200/240 µm Faser pumpen und basiert auf einem Array aus 22 Einzelemittern. Das Modul enthält einen Faser-Modestripper, der etwas Wärme in den Bereich einbringt. Die Wärme wird durch Wärmeleitungskühlung an der Unterseite des Moduls abgeführt, und Kunden können bei Bedarf eine Kühlplatte installieren. Für die Montage eines Temperatursensors sind zwei Löcher vorhanden.

Beide Modelle wurden so robust konstruiert, dass ein Verbiegen des Moduls während der Montage praktisch ausgeschlossen ist. Dadurch wird eine ordnungsgemäße Wärmeableitung mit oder ohne installierte Kühlplatte gewährleistet.

VBG-Wellenlängenstabilisierung

Das Ziel des Coherent Designs für die VBG-Wellenlängenstabilisierung war es, einen Leistungsanteil von 90% in weniger als 1 nm zu erreichen. Für FACTOR 22 lag die Linienbreite bei 0,7 nm mit einer Effizienz von 52,6% und für den FACTOR 16 bei 0,9 nm mit einer Effizienz von 51,2%.

Die Tabelle unten zeigt die Wellenlängenstabilisierung bei 976 nm über den Temperaturbereich.

VGB-Wellenlängenstabilisierung bei 976 nm über den Temperaturbereich

„Coherent ist ein führender Anbieter von VBG-Wellenlängenstabilisierten Produkten mit verschiedenen Leistungsklassen und Wellenlängen.“

 

Coherent ist ein führender Anbieter von VBG-Wellenlängenstabilisierten Produkten mit verschiedenen Leistungsklassen und Wellenlängen. Dank der internen Fertigung und Weiterentwicklung der VBGs, profitieren die Module der FACTOR-Serie direkt von Verbesserungen der entsprechenden Stabilisierungseigenschaften. Perfekte Stabilisierung (d.h. 99% Leistungseinschluss im stabilisierten Spektrum) wurde für den Strombereich von 4 A bis 24 A und über einen Temperaturbereich von 20°C bis 50°C erreicht. Dies verdeutlicht, dass hier für die Stabilisierung des Spektrums über einen großen Leistungsbereich keine aktive Temperaturregelung notwendig war. Der vorgestellte Stabilisierungsbereich liegt bei ±6 nm, was bedeutet, dass die Stabilisierung bei einer nicht gesperrten zentralen Wellenlänge zwischen 970 nm und 982 nm funktioniert, was einer der größten Stabilisierungbereiche auf dem Markt ist.

Perfekte Stabilisierung ohne aktive Temperaturkontrolle

Numerische Apertur aus der Faser

Die numerische Apertur (NA) der FACTOR 976 nm Serie ist ein wichtiger Faktor bei der Entwicklung des Faser-Combiners. Hier wird das Fernprofil des Strahls mit einer einfachen CCD-Kamera mit hoher Auflösung und ohne Übersättigung gemessen. Die numerische Apertur 0,16 ist als weißer Ring unten dargestellt.

Numerische Apertur aus der Faser

 

Die Ergebnisse zeigen, dass der Querschnitt sowohl in der horizontalen als auch in der vertikalen Ebene eine typische Gauß-ähnliche Verteilung ohne unerwartete Nebenpeaks ist. Unten links sehen Sie die numerische Apertur für jeden Strombedarf. Jedes gebaute Modul wird diesem Test unterzogen, um die Qualität der gesamten Diodenfamilie zu sichern.

„Ausführliche Umwelttests wurden durchgeführt, um das robuste Design und die Leistung unter einer Vielzahl von Bedingungen zu validieren...“

Maximal verfügbare Leistung vs. Wellenlänge

Zusätzliche Modelle

FACTOR Dioden sind auch in anderen Wellenlängen erhältlich, darunter 793 nm für das Pumpen von Thulium-Fasern mit 10 bis 40 W aus 106,5 µm Fasern und 88X für Nd3+-basierte DPSS-Laser mit 150 W aus 200 µm und 400 µm Faserkernen für ein effizienteres und weniger kompliziertes Pumpen hochentwickelter Laser. Weitere Modelle werden in 808 nm für Nd-Endpumpen, Medizin- und Materialbearbeitungsanwendungen und bei Bedarf auch in 1060 nm für medizinische Anwendungen angeboten.
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