国内首台万瓦级光纤激光器用光闸研制成功

2019-07-17 21:52:23

高功率光纤激光光闸是激光制造和激光增材制造装备的重要器件，它通过分时或分能量的方式使光纤激光器输出的一路光变为多路光输出，从而满足制造装备对激光能量复用的要求，即一机多用，极大地提高了光纤激光器的性能。

目前国际上研制高功率光纤激光光闸的单位主要是瑞典的Optoskand公司和美国的IPG公司。Optoskand公司研制的光纤激光光闸最多能同时实现4路激光输出，最大承载功率达8 kW，并且满足不同光纤激光器输出端的制式要求。美国IPG公司在高功率光纤激光光闸研究方面处于最高水平，光闸最大承载功率达30 kW，最多能同时实现6路激光输出，但其研制的光闸产品封装在光纤激光器中，不作为单独部件对外销售，即变相地实现了封锁。国内在高功率光纤激光光闸的研究方面基本处于空白，主要依赖进口。

为了实现工业级大功率光纤激光器关键器件的国产化，南京理工大学承担了2017年国家重点研发计划项目课题任务“3万瓦级光纤激光器用光闸的研制”，研究大功率光纤光闸技术，攻克了大功率激光多通道分时/分能技术、空间-光纤高效耦合技术、光学元件高损伤阈值薄膜技术、基于光纤表面包层散射光精密测量技术、残余激光的热处理技术以及精密调整技术等，研制出的光纤激光光闸样机如图1所示。

7月10日，南京理工大学研制的万瓦级光闸样机在武汉锐科光纤激光技术股份有限公司进行了性能测试，测试其承载功率、传输效率以及样机内部光学元件的温升，测试现场如图2所示。图3（a）为样机输入功率与输出功率曲线图，图3（b）为样机传输效率曲线图，图3（c）为样机光学元件镜面温升曲线图。图4（a）为样机最大输入功率测试值，图4（b）为样机最大输出功率测试值，图4（c）为样机在最大输入功率时，其光学元件的镜面温度测试值。通过这次测试，南京理工大学研制的万瓦级光闸样机的最大承载功率为11.27 kW，最大输出功率为10.91 kW，传输效率＞96%，光学元件温升为＜5℃，圆满完成了国家重点研发计划项目的任务指标要求。

图2 样机测试现场 

图3 样机测试曲线图：（a）输入功率与输出功率；（b）传输效率；（c）镜面温升 

图4 光闸样机测试数据图：（a）最大输入功率；（b）最大输出功率；（c）镜面温度

南京理工大学万瓦级光闸的研制成功，推动了工业级大功率光纤激光器关键器件的国产化，填补了国内在此领域的空白，对于国产光纤激光器的继续发展意义重大。

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