高功率光纤激光器关键器件及其系统技术研究

论文摘要

中高功率光纤激光器在高端智能制造领域的应用前景非常广阔,目前已经部分替代其他类型的激光器,应用于切割、焊接、清洁、除锈、钻孔、3D打印等制造加工领域。随着“中国制造2025”战略目标的推动,国内光纤激光器发展速度也不断加快。但是目前中高功率光纤激光器仍然大量依赖进口,主要是由于国产光纤激光器稳定性问题。进口依赖也导致了该技术应用成本较高,限制其快速推广。本论文旨在立足于国内光纤激光器发展现状,通过研发、完善、优化光纤激光系统上游光纤器件,支持下游激光器系统,为国内激光器系统稳定性提供解决方案及技术支持。光纤激光器系统稳定性需要上游元器件的支持,只有光纤布拉格光栅、光纤泵浦合束器、残余包层光及工件发射光剥除器、激光输出头等关键部件性能都得到提升之后,整机系统才能有较好的表现。首先对上述光纤激光器关键器件展开研发,然后结合主流光纤激光谐振腔技术方案,将自制光纤器件接入光路,对激光系统做进一步研究。使用准分子激光器相位模板法成功制作了千瓦功率级啁啾高、低反光纤布拉格光栅,高反光栅带宽达到2 nm,反射率达到99.5%以上,低反光栅带宽达到1 nm,反射率为10%左右,满足千瓦功率级别激光器应用需求;使用氢氧焰熔拉方式制作光纤泵浦合束器,在一定光纤匹配条件下,可以得到较高的泵浦耦合效率（99.8%）,同时信号透过率达到95%以上,该方案可以适用于千瓦甚至更高功率的光纤激光器;在包层功率剥除器技术上,剥除功率在40 W以内时,使用高折射率介质包层功率剥除方式较为简便,当剥除功率更高,达到数百上千瓦时,需要使用表面刻蚀包层功率剥除方案,实验成功剥除1000 W包层光;研究了纯石英扩束激光输出头技术,成功制作了工艺标准QBH接口输出头。使用nLight公司生产的光纤,以及自制光纤布拉格光栅、（18+1）×1泵浦合束器、表面刻蚀包层功率剥除器、QBH激光输出头等关键器件搭建了千瓦级激光器平台进行实验研究,得到激光输出功率1050 W;最后将6个1.45 kW的单模激光模块使用自制的光纤激光功率合束器进行合束,最终得到8.7 kW总输出功率。

论文目录

摘要

ABSTRACT

第1章绪论

1.1 论文研究价值

1.2 行业发展介绍

1.3 论文主要工作及章节安排

第2章光纤激光器谐振腔光栅研制

2.1 光纤布拉格光栅简介

2.2 光纤的光敏性及增敏

2.2.1 光纤的光敏性

2.2.2 光纤的增敏

2.3 光纤激光器谐振腔光栅理论研究

2.3.1 理论基础

2.3.2 数值模拟过程

2.4 光纤激光器谐振腔光栅研制

2.4.1 光纤预处理——载氢

2.4.2 光栅刻写

2.4.3 光栅后处理

2.5 本章小结

第3章光纤合束器技术研究

3.1 模场匹配技术及端泵合束器技术研究

3.1.1 模场匹配技术介绍

3.1.2 端泵合束器研究

3.1.3端泵合束器实验

3.2 侧泵合束器技术研究

3.2.1 背景介绍

3.2.2 方案设计

3.2.3侧泵合束器实验

3.3 本章小结

第4章激光输出头及包层光剥除器技术研究

4.1 包层光剥除器技术研究

4.1.1 高折射率介质包层光剥除技术研究

4.1.2 表面刻蚀包层光剥除技术研究

4.2 激光输出头技术研究

4.3 本章小结

第5章高功率光纤激光器系统技术研究

5.1 千瓦级光纤激光器系统研究

5.2 万瓦级高功率光纤激光器系统研究

5.2.1 激光功率合束器技术研究

5.2.2 万瓦级激光合束技术研究

5.3 本章小结

总结与展望

致谢

参考文献

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 林庆典

导师: 郭春雨

关键词: 光纤激光器,谐振腔光栅,合束器,包层光剥除器,激光输出头

来源: 深圳大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 深圳大学

分类号: TN248

DOI: 10.27321/d.cnki.gszdu.2019.000372

总页数: 75

文件大小: 4330k

下载量: 129

高功率光纤激光器关键器件及其系统技术研究

论文摘要

论文目录

文章来源

相关论文文献

猜你喜欢