近年來，激光加工市場需求增長顯著，固體激光器以其脈寬窄，輸出能量大，峰值功率高及材料吸收好等特點，在精細微加工和特殊材料加工領域表現(xiàn)出色，受到市場廣泛的好評與認可。
固體激光在國防、加工、醫(yī)療和科學研究領域有著廣泛的用途，在工業(yè)領域，除了傳統(tǒng)的激光打標、劃線、切割、鉆孔、材料去除、表面處理及特殊材料加工等應用外，近年來增材制造、新型顯示、UV激光標識等新技術的發(fā)展進一步拓寬了固體激光的應用領域。
圖1 華為Mate X手機
隨著華為Mate X 5G折疊手機的推出，創(chuàng)造性的柔性屏技術和更高速通信手段將引領手機市場的新風向，這或帶動固體激光市場的進一步增長。5G手機的天線及玻璃后蓋需要采用精細的超短脈沖激光進行加工。OLED（有機發(fā)光二極管）作為一種新興的柔性顯示技術，在制造過程中對精度要求非常高。超短脈沖激光冷切割工藝采用非接觸式加工方式，以切割邊緣崩邊小、精度高，大幅提高了工件的良率及加工效率，成為OLED柔性屏加工的理想選擇。
固體激光器是一種通過諧振腔與摻雜晶體將泵浦光能量轉換為信號光的裝置，其中泵浦光主要由半導體激光器提供。半導體激光器是固體激光器的核心器件之一。工業(yè)固體激光的摻雜晶體大多摻雜稀土元素Nd3＋離子，常見的如Nd：YAG、Nd：YVO4等，其泵浦源多采用808nm波段或878nm波段的半導體激光器。以Nd：YVO4為例，其光譜吸收譜線如下圖所示：
圖2 Nd：YVO4晶體的吸收曲線
Nd：YVO4在808nm波段具有較高的吸收系數(shù)與較寬的吸收光譜，是目前應用最廣泛的泵浦波段。但是，808nm泵浦源存在約0.3nm／℃的溫度漂移系數(shù)。當工作環(huán)境溫度發(fā)生變化時，泵源的中心波長將產(chǎn)生漂移，進而影響Nd：YVO4晶體對泵浦光的吸收效率，降低固體激光器的光光轉換效率和輸出光功率。因此，固體激光器工作時需要對泵浦源進行TEC溫度控制，這是目前已經(jīng)很成熟的應用方案。經(jīng)長光華芯多家用戶反饋，泵浦源的中心波長控制在808±3nm即可實現(xiàn)大于53％的光光轉換效率，滿足實際的使用需求。
Nd：YVO4在878.6nm波段的吸收系數(shù)較低且吸收譜寬較窄，但相比于808nm波段泵浦，其量子效率更高，相同泵浦注入功率下，產(chǎn)生的熱量將減少30％－50％，可有效降低高注入功率下的“熱效應”問題，獲得更好的光束質量和更高的輸出功率。但Nd：YVO4在878.6nm處吸收光譜較窄，即使采用TEC制冷的方式對泵源的波長進行控制，其光譜寬度仍無法保證晶體的有效吸收轉換。所以，工業(yè)固體激光器在878.6nm波段一般選用波長鎖定的泵浦源產(chǎn)品。泵源波長鎖定后，光譜寬度可以收窄到小于1nm，同時中心波長基本不隨溫度變化，可以與878.6nm波段的吸收峰實現(xiàn)最佳匹配。由于878.6nm泵源需要波長鎖定，成本方面要高于808nm泵源。
圖3 長光華芯808nm／880nm光纖耦合模塊
長光華芯的高亮度808nm和878.6nm光纖耦合模塊，采用長光華芯量產(chǎn)的超大光腔808nm和880nm單管芯片，并通過精密的光學封裝和嚴苛的工藝過程控制，實現(xiàn)穩(wěn)定可靠的光纖耦合輸出：
（1）808nm泵浦源產(chǎn)品，400μm輸出光纖芯徑輸出功率25W－120W（如圖4，5），波長范圍控制在±3nm，光譜寬度（FWHM）＜3nm，經(jīng)客戶實測光光轉換效率達到53％。
（2）878.6nm波長鎖定泵浦源產(chǎn)品，400μm輸出光纖芯徑最高輸出140W（如圖6，7）。該產(chǎn)品采用外腔波長鎖定技術，可達到全電流范圍波長鎖定，即使客戶實際在低電流調試時使用，依然能夠保證中心波長穩(wěn)定在吸收峰內(nèi)，給調試和生產(chǎn)帶來極大的便利性。鎖定后的波長溫度漂移系數(shù)＜0.02nm／℃，光譜全寬＜1nm。
另外，長光華芯采用與工業(yè)光纖激光器泵浦源相同的耦合模塊設計與工藝，使生產(chǎn)制造的固體激光器泵浦源產(chǎn)品在工業(yè)環(huán)境中的可靠性同樣得以保證。
圖4 25W 400μm 808nm 光纖耦合模塊LIV與光譜數(shù)據(jù)
圖5 120W 400μm 808nm 光纖耦合模塊LIV與光譜數(shù)據(jù)
圖6 75W 400μm 878.6nm 光纖耦合模塊LIV與光譜數(shù)據(jù)
圖7 110W 400μm 878.6nm 光纖耦合模塊LIV與光譜數(shù)據(jù)
長光華芯用于固體激光器泵浦的光纖耦合模塊可實現(xiàn)近乎平頂分布的光束輸出（如圖8），平頂分布的泵源光束耦合到摻雜晶體內(nèi)部時，泵源能量在截面方向被晶體均勻吸收。相比于高斯光束光束能量集中在中心區(qū)域，平頂分布泵浦下晶體內(nèi)的熱分布比較均勻，熱梯度較小，從而降低固體激光器的熱透鏡效應，改善固體激光器的輸出光束質量，提高光光轉換效率。
圖 8 長光華芯878.6nm光纖耦合泵浦源輸出光束能量分布
長光華芯的808nm與878.6nm光纖耦合固體激光器泵浦源經(jīng)過近兩年在客戶處的使用示范驗證，產(chǎn)品性能穩(wěn)定可靠，光光轉換效率高，采用自主研發(fā)并量產(chǎn)的單管芯片，波長控制優(yōu)異，具有高性價比的明顯優(yōu)勢。
固體激光在國防、加工、醫(yī)療和科學研究領域有著廣泛的用途，在工業(yè)領域，除了傳統(tǒng)的激光打標、劃線、切割、鉆孔、材料去除、表面處理及特殊材料加工等應用外，近年來增材制造、新型顯示、UV激光標識等新技術的發(fā)展進一步拓寬了固體激光的應用領域。
圖1 華為Mate X手機
隨著華為Mate X 5G折疊手機的推出，創(chuàng)造性的柔性屏技術和更高速通信手段將引領手機市場的新風向，這或帶動固體激光市場的進一步增長。5G手機的天線及玻璃后蓋需要采用精細的超短脈沖激光進行加工。OLED（有機發(fā)光二極管）作為一種新興的柔性顯示技術，在制造過程中對精度要求非常高。超短脈沖激光冷切割工藝采用非接觸式加工方式，以切割邊緣崩邊小、精度高，大幅提高了工件的良率及加工效率，成為OLED柔性屏加工的理想選擇。
固體激光器是一種通過諧振腔與摻雜晶體將泵浦光能量轉換為信號光的裝置，其中泵浦光主要由半導體激光器提供。半導體激光器是固體激光器的核心器件之一。工業(yè)固體激光的摻雜晶體大多摻雜稀土元素Nd3＋離子，常見的如Nd：YAG、Nd：YVO4等，其泵浦源多采用808nm波段或878nm波段的半導體激光器。以Nd：YVO4為例，其光譜吸收譜線如下圖所示：
圖2 Nd：YVO4晶體的吸收曲線
Nd：YVO4在808nm波段具有較高的吸收系數(shù)與較寬的吸收光譜，是目前應用最廣泛的泵浦波段。但是，808nm泵浦源存在約0.3nm／℃的溫度漂移系數(shù)。當工作環(huán)境溫度發(fā)生變化時，泵源的中心波長將產(chǎn)生漂移，進而影響Nd：YVO4晶體對泵浦光的吸收效率，降低固體激光器的光光轉換效率和輸出光功率。因此，固體激光器工作時需要對泵浦源進行TEC溫度控制，這是目前已經(jīng)很成熟的應用方案。經(jīng)長光華芯多家用戶反饋，泵浦源的中心波長控制在808±3nm即可實現(xiàn)大于53％的光光轉換效率，滿足實際的使用需求。
Nd：YVO4在878.6nm波段的吸收系數(shù)較低且吸收譜寬較窄，但相比于808nm波段泵浦，其量子效率更高，相同泵浦注入功率下，產(chǎn)生的熱量將減少30％－50％，可有效降低高注入功率下的“熱效應”問題，獲得更好的光束質量和更高的輸出功率。但Nd：YVO4在878.6nm處吸收光譜較窄，即使采用TEC制冷的方式對泵源的波長進行控制，其光譜寬度仍無法保證晶體的有效吸收轉換。所以，工業(yè)固體激光器在878.6nm波段一般選用波長鎖定的泵浦源產(chǎn)品。泵源波長鎖定后，光譜寬度可以收窄到小于1nm，同時中心波長基本不隨溫度變化，可以與878.6nm波段的吸收峰實現(xiàn)最佳匹配。由于878.6nm泵源需要波長鎖定，成本方面要高于808nm泵源。
圖3 長光華芯808nm／880nm光纖耦合模塊
長光華芯的高亮度808nm和878.6nm光纖耦合模塊，采用長光華芯量產(chǎn)的超大光腔808nm和880nm單管芯片，并通過精密的光學封裝和嚴苛的工藝過程控制，實現(xiàn)穩(wěn)定可靠的光纖耦合輸出：
（1）808nm泵浦源產(chǎn)品，400μm輸出光纖芯徑輸出功率25W－120W（如圖4，5），波長范圍控制在±3nm，光譜寬度（FWHM）＜3nm，經(jīng)客戶實測光光轉換效率達到53％。
（2）878.6nm波長鎖定泵浦源產(chǎn)品，400μm輸出光纖芯徑最高輸出140W（如圖6，7）。該產(chǎn)品采用外腔波長鎖定技術，可達到全電流范圍波長鎖定，即使客戶實際在低電流調試時使用，依然能夠保證中心波長穩(wěn)定在吸收峰內(nèi)，給調試和生產(chǎn)帶來極大的便利性。鎖定后的波長溫度漂移系數(shù)＜0.02nm／℃，光譜全寬＜1nm。
另外，長光華芯采用與工業(yè)光纖激光器泵浦源相同的耦合模塊設計與工藝，使生產(chǎn)制造的固體激光器泵浦源產(chǎn)品在工業(yè)環(huán)境中的可靠性同樣得以保證。
圖4 25W 400μm 808nm 光纖耦合模塊LIV與光譜數(shù)據(jù)
圖5 120W 400μm 808nm 光纖耦合模塊LIV與光譜數(shù)據(jù)
圖6 75W 400μm 878.6nm 光纖耦合模塊LIV與光譜數(shù)據(jù)
圖7 110W 400μm 878.6nm 光纖耦合模塊LIV與光譜數(shù)據(jù)
長光華芯用于固體激光器泵浦的光纖耦合模塊可實現(xiàn)近乎平頂分布的光束輸出（如圖8），平頂分布的泵源光束耦合到摻雜晶體內(nèi)部時，泵源能量在截面方向被晶體均勻吸收。相比于高斯光束光束能量集中在中心區(qū)域，平頂分布泵浦下晶體內(nèi)的熱分布比較均勻，熱梯度較小，從而降低固體激光器的熱透鏡效應，改善固體激光器的輸出光束質量，提高光光轉換效率。
圖 8 長光華芯878.6nm光纖耦合泵浦源輸出光束能量分布
長光華芯的808nm與878.6nm光纖耦合固體激光器泵浦源經(jīng)過近兩年在客戶處的使用示范驗證，產(chǎn)品性能穩(wěn)定可靠，光光轉換效率高，采用自主研發(fā)并量產(chǎn)的單管芯片，波長控制優(yōu)異，具有高性價比的明顯優(yōu)勢。
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