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光纖激光器工作原理解析

454398 ? 來源:中電網 ? 作者:中電網 ? 2021-01-25 16:05 ? 次閱讀

雖然目前國內企業在激光器件方面取得長足進步,但是某些關鍵器件及產品品質方面仍有很大差距。據悉,抽運源封裝、抽運耦合器、激光合束器、特種光纖、激光傳輸組件等已實現國產化,國內激光器件正逐步擺脫國外企業的依賴。為此,2021年國內激光企業開始第二輪發力,逐漸完善全產業鏈布局及提升產品品質和性能。

激光材料加工激光器在經歷大功率CO2激光器、大功率固體YAG激光器后,目前正在朝著半導體激光器和光纖激光器的方向發展。激光器作為激光加工系統設備的核心器件,按照激光工作物質類別的不同,可分為氣體激光器、固體激光器、光纖激光器等。目前市場青睞有加的光纖激光器是用摻稀土元素玻璃光纖作為增益介質的激光器,在泵浦光的作用下多次穿過光纖可形成高功率密度光源,造成激光工作物質的激光能級“粒子數反轉”,適當加入正反饋回路便可形成激光振蕩輸出,具有電光轉換效率高、高可靠性、結構簡單等優點。

近年來,受益于動力電池、OLED、汽車、鈑金、PCB 等加工設備的需求,國內激光加工設備市場規模整體呈現出上升趨勢。激光行業的蓬勃發展也大大帶動了激光器件的增長。

激光器構成離不開激光器件。目前,光纖激光器件按照功能可以分為隔離器、合束器、波分復用器、分束/耦合器等。

隔離器只允許光沿一個方向通過而在相反方向阻擋光通過。在光纖激光器中,由于激光器對來自連接器濾波器等的反射光非常敏感,隔離器通常被使用在光路中用來避免光路中的回波對光源、泵浦源以及其他發光器件造成的干擾和損傷。隔離器原理基于磁光晶體的法拉第旋轉效應,即同一波長的正向入射光及反向入射光的偏振面都向同一個方向旋轉同一個角度,而與光束傳播方向無關。光隔離器特點是高隔離度、低插損;高可靠性,高穩定性;極低偏振相關損耗和偏振模色散。

最早多模光纖合束器由美國的IPG 提出。合束器是光纖與光纖之間進行可拆卸連接的器件,通過光纖精密熔接技術,使發射光纖輸出的光能量最大限度地耦合到接收光纖中去,并使由于其介入光路而對系統造成的影響減到最小。在一定程度上,合束器的功率特性直接影響光纖激光器最終輸出功率及轉換效率。分束/耦合器將一根光纖內的信號按照波長、偏振等特性,將信號能量重新分配到不同光纖內。耦合器作用是將光信號轉化成電信號,使得兩個光纖頭截面光纖口導通。

波分復用器將各種不同波長的光信號在發送端經復用器匯合在一起,并耦合到光線路的同一根光纖中進行傳輸的技術;在接收端,經解復用器將各種不同波長的光信號分開,然后由光接收機作進一步處理以恢復原信號。在同一根光纖中同時讓兩個或兩個以上的光波長信號通過不同光信道各自傳輸信息,稱為光波分復用技術。波分復用能夠增加光纖傳輸容量,信號傳輸透明,并且擴容簡單費用低廉。

由于激光技術廣泛應用于消費電子制造、航天航空、汽車駕駛、無人機駕駛、服裝等相關產業領域,企業為打破技術壁壘,會推進精密加工要求的提高,從而增加激光設備的需求并帶動激光器件市場。

比如傳統消費電子行業,雖然目前傳統消費電子行業增速放緩,但是存量市場空間依然非常大。其中,個人電腦、平板電腦、智能手機等常用電子產品都已經開始進入紅海的競爭格局。那么隨之而來的將是各自產品在技術創新上的突破,從而帶來新的技術應用和工藝變革,這將使得生產廠商對消費電子激光精密加工設備產生巨大需求,從而帶動激光器件市場。

并且,激光加工和光通訊行業發展的關聯度比較高。隨著5G電子產品創新對技術要求的提高,需要更大的傳輸容量和更快的傳輸速率的光器件,不斷推進國內電子制造激光設備的應用,將提高激光設備的整體滲透率,從而促進激光器件的市場增長。

當然,隨著我國傳統制造業轉型升級、先進制造業快速發展,作為激光加工設備的核心部件,激光器將面臨前所未有的發展機遇,光纖激光器以其卓越的性能不斷提升市場占有率,市場規模快速增長。光纖激光器的快速發展必將推動光纖激光器件的需求,為光纖激光器件生產帶來良好的發展機遇。
編輯:hfy

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