1 南京信息职业技术学院 电子信息学院, 南京 210023
2 南京理工大学 电子工程与光电技术学院, 南京 210094
为了解决万瓦级激光光闸耦合效率实时监测的难题, 采用通过实时探测光闸输出端工作光纤内部的后向散射光来监测耦合效率从而防止其耦合失效的安全控制方法, 仿真并建立了耦合偏差与后向散射光光强信号之间的映射规律与模型, 并基于此设计了相应的光闸耦合失效的安全控制系统。结果表明, 高功率激光光闸在安全控制系统的保证下能长期承载12kW以上功率, 并且耦合效率稳定在98%以上, 证明了该方法的有效性。该研究可以保证万瓦级激光光闸长期工作的高效性、稳定性及安全性, 促进我国激光制造领域关键部件的自主化。
激光技术 光闸 后向散射 耦合效率 安全控制 laser technique optic switch backscattering coupling efficiency safety control
1 南京理工大学 电子工程与光电技术学院，江苏 南京 210094
2 南京理工大学 先进固体激光工业和信息化部重点实验室，江苏 南京 210094
激光光闸可以将光纤激光器输出的单束激光通过多通道输出，实现激光器的“一机多用”，是现代化激光智能制造的关键性器件。由于光闸承载功率高达上万瓦，其耦合系统极易产生热效应，影响光闸使用性能。为解决万瓦级激光光闸热效应有效控制的难题，保证光闸的高效耦合与高质量光束输出，采用有限元分析法研究了光闸耦合系统的热效应物理机制，并提出一种基于水循环绕流冷却对光闸耦合系统进行热量管控的新方法。通过万瓦激光下的一系列实验验证，表明文中提出的热效应处理方法保证下，高功率激光光闸能长时间承载万瓦级功率，并保持98%以上的耦合效率，同时抑制了系统的热像差，保证了光闸输出激光的光束质量稳定性。该研究为高功率激光系统的热效应分析及处理提供了有效的手段。
激光光闸 热效应 有限元分析 绕流冷却 optic switch thermal effect finite element analysis flow around cooling 红外与激光工程
2022, 51(2): 20210909
Author Affiliations
Abstract
1 MIIT Key Laboratory of Advanced Solid Laser, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China
2 School of Electronic Engineering and Optoelectronic Technology, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China
High-power fiber-to-fiber coupling is extensively used in fiber laser applications, and its performance is determined by coupling efficiency. We demonstrate a novel method for alignment and monitoring efficiency by detecting backscattering power at the fiber end cap. The relationship between alignment error and backscattering power is determined by simulations and experiments. Through this method, a state-of-the-art kW-level fiber-to-fiber optic switch is developed (transmission efficiency >97%). It performs well for longer than 60 min. To the best of our knowledge, it is the first time to establish the mathematical model based on this method. Our results can provide guidance in high-power fiber-to-fiber coupling.
high power fiber laser fiber-to-fiber coupling coupling efficiency alignment backscattering Chinese Optics Letters
2020, 18(2): 021402
