為什么IPG對(duì)自己激光器的性能與使用壽命有如此的信心？

IPG是全球領(lǐng)先的光纖激光器開(kāi)創(chuàng)者和制造商，我們生產(chǎn)的激光器可實(shí)現(xiàn)更高精度、更快加工速度、更靈活的生產(chǎn)方式和更高的制造效率。其獨(dú)特的光纖設(shè)計(jì)具備高放大及高性能的光束質(zhì)量，確保了產(chǎn)品的高質(zhì)量、可靠性和適用性。

其中，我們激光器的技術(shù)基石源自于IPG卓越的包層側(cè)面泵浦技術(shù)和分布式單芯結(jié)二極管泵浦結(jié)構(gòu)，它們?cè)贗PG超過(guò)二十年的大量投資與創(chuàng)新中不斷得到完善。作為有源光纖的泵浦源，二極管的壽命影響著激光器的故障率和使用壽命，更高的二極管壽命決定了激光器更低的故障率與更低的售后成本，大大減少了客戶的停機(jī)時(shí)間和維修成本。

本期我們要介紹的就是IPG光纖激光器的核心奧秘 - 以極低成本實(shí)現(xiàn)超高輸出功率和卓越光束質(zhì)量的分布式單芯結(jié)二極管泵浦結(jié)構(gòu)技術(shù)。

01 技術(shù)研發(fā)

IPG是全球領(lǐng)先的單芯結(jié)多模二極管制造商，擁有規(guī)模龐大的二極管研發(fā)基地。在全球已有上萬(wàn)臺(tái)高功率光纖激光器投入到生產(chǎn)應(yīng)用當(dāng)中，其中一些已持續(xù)工作了10 年以上，在光纖激光器和二極管壽命方面，IPG的核心技術(shù)經(jīng)驗(yàn)毋容置疑。

在裝入激光器之前，IPG首先會(huì)對(duì)二極管光源進(jìn)行100%的測(cè)試驗(yàn)證，測(cè)試通常在大幅提升的高溫環(huán)境和超負(fù)載條件下的電流環(huán)境中進(jìn)行，測(cè)試時(shí)間超過(guò)1500小時(shí)。只有通過(guò)測(cè)試的二極管才能在設(shè)備中投入使用。無(wú)論是用于材料加工的10kW光纖激光器還是電信行業(yè)的寬帶光纖放大器，所配套的二極管都需要經(jīng)過(guò)類(lèi)似的測(cè)試流程。

PLD壽命加速測(cè)試曲線（1萬(wàn)小時(shí)）

02 單發(fā)射極二極管

• IPG單發(fā)射極半導(dǎo)體二極管可以同時(shí)形成獨(dú)立的發(fā)光元件組件，提供高效可靠的電源
• 任何單個(gè)發(fā)射器泵的故障不會(huì)影響其余泵組件的性能
• IPG單發(fā)射極二極管的耦合效率（90-95%）和能量效率（50-60%）明顯高于巴條堆棧替代方案

核心部件決定了激光器的整體性能和質(zhì)量。外購(gòu)核心部件可能導(dǎo)致激光器整體性能和質(zhì)量難以控制，進(jìn)而導(dǎo)致激光集成設(shè)備的性能和質(zhì)量不易控制。IPG卻能夠?qū)ζ涔饫w激光器的核心技術(shù)——有源光纖和半導(dǎo)體泵浦二極管從性能、成本到生產(chǎn)進(jìn)行垂直整合生產(chǎn)，全程掌控。從而對(duì)自主研發(fā)生產(chǎn)的光纖和泵浦二極管，不僅具有成本效益，且提供出色的光束質(zhì)量。

IPG的單芯結(jié)二極管壽命超過(guò)100,000 小時(shí)，與傳統(tǒng)方案不同，頻繁開(kāi)關(guān)調(diào)制 IPG二極管并不會(huì)影響預(yù)期壽命。IPG 泵浦遵循電信標(biāo)準(zhǔn)密封，因此不受最具侵蝕性的工業(yè)環(huán)境影響，包括潮濕、粉塵和振動(dòng)。IPG 單芯結(jié)泵浦具有超高的可靠性，這在我們的實(shí)驗(yàn)室中得到證明 ，在實(shí)際激光制造產(chǎn)線中也得到證實(shí)。

IPG分布式單發(fā)射泵浦

IPG 使用分布式單芯結(jié)泵浦結(jié)構(gòu)，其組成各個(gè)獨(dú)立元件的集合。與巴條泵浦相反，任何單芯結(jié)泵浦故障不會(huì)影響其他泵浦的性能與可靠性。分布式泵浦的優(yōu)點(diǎn)包括可擴(kuò)展性、模塊化設(shè)計(jì)和靈活性、簡(jiǎn)單的熱量管理、幾乎不受限的泵浦冗余性以及方便的二極管更換。分布式泵浦無(wú)需光學(xué)對(duì)準(zhǔn)，因此是唯一真正無(wú)需維護(hù)的泵浦解決方案 - 只有光纖激光器才能實(shí)現(xiàn)這種便利。

巴條泵浦

激光二極管巴條，也被稱為整體激光二極管陣列，將多個(gè)發(fā)射器在大面積芯片上組合。一根二極管巴條上的發(fā)射器數(shù)量從 10 個(gè)到 100 個(gè)不等。巴條結(jié)構(gòu)迫使所有發(fā)射器共享一個(gè)電源和熱量管理系統(tǒng)。熱電間的相互影響嚴(yán)重限制二極管巴條的使用壽命，并對(duì)其性能產(chǎn)生嚴(yán)重約束。巴條或堆棧的壽命通常受最弱的發(fā)射器或不可靠的微通道水冷系統(tǒng)限制。基于巴條的泵浦方案的不足正是驅(qū)動(dòng)光纖激光器技術(shù)快速超越碟片或條形固態(tài)激光器的主要因素。

IPG 一流的二極管泵浦技術(shù)利用了自身極為豐富的行業(yè)研發(fā)和技術(shù)創(chuàng)新經(jīng)驗(yàn)，各晶圓嚴(yán)格符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，將IPG的激光器與使用壽命較短的二極管巴條、堆棧技術(shù)泵浦源產(chǎn)品所區(qū)分。因此，IPG單芯結(jié)二極管能提供更高的泵浦亮度，并且電光轉(zhuǎn)換效率高達(dá)巴條堆棧泵浦的兩倍。單芯結(jié)泵浦能夠利用簡(jiǎn)單的水甚至強(qiáng)制風(fēng)冷，相反，巴條堆棧則需要使用高成本、低穩(wěn)定性和高度復(fù)雜的微通道冷卻器。

03 垂直整合

基于垂直整合策略，IPG自主設(shè)計(jì)和制造所有關(guān)鍵部件，從有源和無(wú)源激光器、高質(zhì)量種子和泵浦二極管、有源光纖盒以及模塊化諧振腔、泵浦耦合器、合束器、聲光調(diào)制器、光纖體布拉格光柵、非線性和有源晶圓、各種微型的、數(shù)量眾多的光學(xué)設(shè)備、電源以及激光器控制器，到直接影響客戶體驗(yàn)的傳輸光纖、加工頭、光閘開(kāi)關(guān)以及水冷器，全方位把控產(chǎn)品質(zhì)量，保證每一臺(tái)生產(chǎn)出來(lái)的IPG激光器都是高性能和高質(zhì)量的。通過(guò)對(duì)關(guān)鍵部件的質(zhì)量、性能和成本進(jìn)行全面控制，IPG 能夠提供不斷超出客戶預(yù)期的激光器解決方案。

我們是一家垂直整合的公司。我們成功的關(guān)鍵是我們的技術(shù)都是自己開(kāi)發(fā)的，這使其成本與質(zhì)量更加可控。這使得我們的產(chǎn)品獨(dú)立于任何其他品牌。我們希望將IPG獨(dú)特的光纖激光器更多地在不同行業(yè)市場(chǎng)投入應(yīng)用，來(lái)實(shí)現(xiàn)更廣泛、更高效、更高質(zhì)量的激光智能制造。

文章來(lái)源：IPG光纖激光器

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