eng
Выпуск #1/2020
А. А. Колегов, Е. Г. Акулинин, Е. А. Белов, А. В. Загидулин, Д. В. Кулаков, А. В. Галеев, Н. В. Буров, В. Б. Ромашова, И. А. Цибизов, А. А. Акимов, Д. С. Свяжина
LLS-YFLSM‑1000 – одномодовый волоконный лазер мощностью 1 кВт с высоким качеством излучения
LLS-YFLSM‑1000 – одномодовый волоконный лазер мощностью 1 кВт с высоким качеством излучения
Просмотры: 3053
DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2020.14.1.30.33
Совместная разработка ФГУП «РФЯЦ-ВНИИТФ им. ак. Е.И. Забабахина» и АО «ЛЛС» привела к созданию одномодового волоконного лазера мощностью 1 кВт с высоким качеством излучения (M2 на уровне 1,1–1,2). Лазер обладает высоким потенциалом адаптации под существующие технологические линии машиностроительных предприятий, он может применяться как в обработке материалов разной природы (поверхностное структурирование, сварка, резка, гравировка, наплавка и т.д.), так и в научных проектах, а также позволяет использовать его в качестве базового лазерного блока при изготовлении мультикиловаттных лазерных систем. В кратком сообщении представлены ключевые характеристики и приведены результаты измерений качества пучка, спектра излучения и параметров лазера в импульсном режиме работы.
Совместная разработка ФГУП «РФЯЦ-ВНИИТФ им. ак. Е.И. Забабахина» и АО «ЛЛС» привела к созданию одномодового волоконного лазера мощностью 1 кВт с высоким качеством излучения (M2 на уровне 1,1–1,2). Лазер обладает высоким потенциалом адаптации под существующие технологические линии машиностроительных предприятий, он может применяться как в обработке материалов разной природы (поверхностное структурирование, сварка, резка, гравировка, наплавка и т.д.), так и в научных проектах, а также позволяет использовать его в качестве базового лазерного блока при изготовлении мультикиловаттных лазерных систем. В кратком сообщении представлены ключевые характеристики и приведены результаты измерений качества пучка, спектра излучения и параметров лазера в импульсном режиме работы.
Теги: additive technologies fiber laser fsue “rfnc-vniitf named after academ. e.i. zababakhin” high power quasi-singlemode sc “llc” singlemode аддитивные технологии ао «ллс» волоконный лазер высокая мощность квази-одномодовый режим одномодовый режим фгуп «рфяц-вниитф»
LLS-YFLSM‑1000 – одномодовый волоконный лазер мощностью 1 кВт с высоким качеством излучения
А. А. Колегов1, Е. Г. Акулинин1, Е. А. Белов1, А. В. Загидулин1, Д. В. Кулаков1, А. В. Галеев1, Н. В. Буров2, В. Б. Ромашова2, И. А. Цибизов2, А. А. Акимов2, Д. С. Свяжина2
ФГУП «РФЯЦ-ВНИИТФ им. ак. Е. И. Забабахина», vniitf.ru, г. Снежинск, Челябинская обл., Россия
АО «ЛЛС», lenlasers.ru, Санкт-Петербург, Россия
Статья поступила:14.01.2020
Статья принята: 28.01.2020
Одномодовый волоконный лазер LLS-YFLSM‑1000 (рис. 1) обладает возможностью перестройки мощности и возможностью выбора длины волны в диапазоне от 1 070–1 090 нм. Разработка оптической и электрической схемы лазера принадлежит специалистам «РФЯЦ-ВНИИТФ». Они определили требования к параметрам компонентов лазера, что позволило создать лазер с высокой мощностью и с высоким качеством пучка при высокой надежности его эксплуатации. Особенностью конструкции является теплоотводящая плита, предусмотренная для решения сопутствующей проблемы отвода тепла, сопровождающей работу высокомощного волоконного лазера. Теплоотводящая плита обеспечивает многочасовую бесперебойную работу лазера.
Специалисты АО «ЛЛС», обладая широким кругозором и знаниями фотонных и оптических технологий, проанализировав рынок, определили круг поставщиков, качество продуктов которых не уступает мировым аналогам. В него вошли и производители пассивных волоконно-оптических компонентов. При принятии решения в их пользу продукты были подвергнуты стандартизированным тестовым испытаниям, которые позволили добиться необходимых характеристик лазера в разработанном конструкционном исполнении.
LLS-YFLSM‑1000 имеет QBH разъем, который проводит лазерный пучок с высокой оптической мощностью, обеспечивая при этом низкий уровень оптических потерь и деградации пучка. Программное управление лазером позволяет легко интегрировать инструмент в большинство промышленных установок. Лазер обладает меньшими массо-габаритными параметрами в сравнении с доступными коммерческими аналогами и более высоким качеством излучения. В конструкции используются современные высококачественные комплектующие с низкой вероятностью отказа. Все детали и узлы проходят ресурсные испытания как выходные (у производителя), так и входные (на сборочном участке).
При тестировании LLS-YFLSM‑1000 были определены основные характеристики лазера: оптическая эффективность, спектр выходного излучения лазера, качество пучка.
Контроль мощности лазерного излучения проводился в соответствии с ГОСТ Р ИСО 11554-2008. В испытаниях методом прямых измерений был использован измеритель мощности Ophir L1500W-BB‑50. В результате испытаний значение квантовой эффективности составило 74% квантовой эффективности (рис. 2), что является достаточно высоким показателем в сравнении с коммерчески доступными системами. По результатам тестирования спектра выходного излучения ширина спектра составила Δλ = 0,5 нм по уровню FWHM (рис. 3).
Для определения качества пучка измерение коэффициента распространения производилось согласно ГОСТ Р ИСО 11146-1-2008. Измерение диаметра лазерного пучка проводилось методом ножа Фуко в соответствии ГОСТ Р ИСО 11146-3-2008. Профиль пучка определялся при помощи профилометра Ophir BeamWatch. Результаты измерений представлены на рис. 4. Основной параметр, на который делался акцент, – это качество пучка M2; в тестовых испытаниях оно составило 1,1–1,15. Параметр M2 на сегодняшний день является наиболее используемым при проведении тестирования выходных параметров лазера и определяется как деление параметра ВВР (beam parameter product) на дифракционный предел 4 λ / π). Это позволяет не только охарактеризовать качество выходного пучка, но и описать изменение радиуса пучка вдоль луча [1].
Чтобы исследовать потенциал возможностей лазера для использования в аддитивных технологиях, где требуется равномерный и быстрый прогрев материала, были определены параметры лазера при работе в импульсном режиме. Лазер работает в непрерывном режиме генерации, но в его управлении предусмотрена модуляция режима. Испытания проводились по ГОСТ Р ИСО 11554-2008. Схема измерений содержала фотоприемник ФД‑256 и осциллограф TekTronix TDS3000 с полосой пропускания 500 МГц. Результаты измерений представлены на рис. 5. В случае импульсного режима работы наблюдаются крутые фронты импульса, что свидетельствует о перспективности использования лазера в SLM- и SLS‑установках.
Главными преимуществами созданного лазерного источника являются высокое качество излучения, проверенные производители комплектующих изделий, а также промышленный дизайн, совместимый с используемыми стандартными установками. Но главное – это полностью российская разработка и сборка. Уже завершена поставка лазера LLS-YFLSM‑1000 во ВНИИОФИ в качестве мощного источника излучения. Кроме научных проектов лазер может быть использован в качестве базового лазерного блока при изготовлении мультикиловаттных лазерных систем [2]. В настоящий момент в «РФЯЦ-ВНИИТФ» идет подготовка к серийному производству волоконных лазеров. В перспективе стоит разработка мультикиловаттных лазерных систем, которые используются в промышленных станках по раскрою металлических материалов.
Известные аналитики рынка лазеров предсказывают [3], что высокомощные волоконные лазеры будут востребованы в различных отраслях промышленности, так как обладают высоким потенциалом адаптации под существующие технологические линии машиностроительных предприятий. В дальнейшем АО «ЛЛС» планирует наращивать экспорт и развивать новые направления в разработке источников лазерного излучения. Для быстрого восстановления работоспособности устройств в случае обнаружения неисправностей и с целью увеличения качества обслуживания клиентов АО «ЛЛС» открывает собственный сервисный центр для гарантийного и постгарантийного обслуживания поставляемых лазеров.
References
Потёмкин А. К., Хазанов Е. А. Вычисление параметра M2 лазерных пучков методом моментов. Квантовая электроника. 2005; 35(11): 1042–1044.
Potemkin A. K., Khazanov E. A. Calculation of the laser-beam M2 factor by the method of moments. Quantum Electronics. 2005; 35(11): 1042–1044.
Хазанов Е. А., Миронов С. Ю., Муру Ж. Нелинейное сжатие сверхмощных лазерных импульсов: компрессия после компрессора. Успехи физических наук. 2019; 189 (11): 1173–1200.
Khazanov E. A., Mironov S. Yu., Muru J. Nonlinear compression of high-power laser pulses: compression after compressor approach. UFN. 2019; 189 (11): 1173–1200.
Overton G., Nogee A., Belforte D., Wallace J., Gefvert B. What goes up… ANNUAL LASER MARKET REVIEW & FORECAST 2019. Laser Focus World. January 2019; 40–65.
А. А. Колегов1, Е. Г. Акулинин1, Е. А. Белов1, А. В. Загидулин1, Д. В. Кулаков1, А. В. Галеев1, Н. В. Буров2, В. Б. Ромашова2, И. А. Цибизов2, А. А. Акимов2, Д. С. Свяжина2
ФГУП «РФЯЦ-ВНИИТФ им. ак. Е. И. Забабахина», vniitf.ru, г. Снежинск, Челябинская обл., Россия
АО «ЛЛС», lenlasers.ru, Санкт-Петербург, Россия
Статья поступила:14.01.2020
Статья принята: 28.01.2020
Одномодовый волоконный лазер LLS-YFLSM‑1000 (рис. 1) обладает возможностью перестройки мощности и возможностью выбора длины волны в диапазоне от 1 070–1 090 нм. Разработка оптической и электрической схемы лазера принадлежит специалистам «РФЯЦ-ВНИИТФ». Они определили требования к параметрам компонентов лазера, что позволило создать лазер с высокой мощностью и с высоким качеством пучка при высокой надежности его эксплуатации. Особенностью конструкции является теплоотводящая плита, предусмотренная для решения сопутствующей проблемы отвода тепла, сопровождающей работу высокомощного волоконного лазера. Теплоотводящая плита обеспечивает многочасовую бесперебойную работу лазера.
Специалисты АО «ЛЛС», обладая широким кругозором и знаниями фотонных и оптических технологий, проанализировав рынок, определили круг поставщиков, качество продуктов которых не уступает мировым аналогам. В него вошли и производители пассивных волоконно-оптических компонентов. При принятии решения в их пользу продукты были подвергнуты стандартизированным тестовым испытаниям, которые позволили добиться необходимых характеристик лазера в разработанном конструкционном исполнении.
LLS-YFLSM‑1000 имеет QBH разъем, который проводит лазерный пучок с высокой оптической мощностью, обеспечивая при этом низкий уровень оптических потерь и деградации пучка. Программное управление лазером позволяет легко интегрировать инструмент в большинство промышленных установок. Лазер обладает меньшими массо-габаритными параметрами в сравнении с доступными коммерческими аналогами и более высоким качеством излучения. В конструкции используются современные высококачественные комплектующие с низкой вероятностью отказа. Все детали и узлы проходят ресурсные испытания как выходные (у производителя), так и входные (на сборочном участке).
При тестировании LLS-YFLSM‑1000 были определены основные характеристики лазера: оптическая эффективность, спектр выходного излучения лазера, качество пучка.
Контроль мощности лазерного излучения проводился в соответствии с ГОСТ Р ИСО 11554-2008. В испытаниях методом прямых измерений был использован измеритель мощности Ophir L1500W-BB‑50. В результате испытаний значение квантовой эффективности составило 74% квантовой эффективности (рис. 2), что является достаточно высоким показателем в сравнении с коммерчески доступными системами. По результатам тестирования спектра выходного излучения ширина спектра составила Δλ = 0,5 нм по уровню FWHM (рис. 3).
Для определения качества пучка измерение коэффициента распространения производилось согласно ГОСТ Р ИСО 11146-1-2008. Измерение диаметра лазерного пучка проводилось методом ножа Фуко в соответствии ГОСТ Р ИСО 11146-3-2008. Профиль пучка определялся при помощи профилометра Ophir BeamWatch. Результаты измерений представлены на рис. 4. Основной параметр, на который делался акцент, – это качество пучка M2; в тестовых испытаниях оно составило 1,1–1,15. Параметр M2 на сегодняшний день является наиболее используемым при проведении тестирования выходных параметров лазера и определяется как деление параметра ВВР (beam parameter product) на дифракционный предел 4 λ / π). Это позволяет не только охарактеризовать качество выходного пучка, но и описать изменение радиуса пучка вдоль луча [1].
Чтобы исследовать потенциал возможностей лазера для использования в аддитивных технологиях, где требуется равномерный и быстрый прогрев материала, были определены параметры лазера при работе в импульсном режиме. Лазер работает в непрерывном режиме генерации, но в его управлении предусмотрена модуляция режима. Испытания проводились по ГОСТ Р ИСО 11554-2008. Схема измерений содержала фотоприемник ФД‑256 и осциллограф TekTronix TDS3000 с полосой пропускания 500 МГц. Результаты измерений представлены на рис. 5. В случае импульсного режима работы наблюдаются крутые фронты импульса, что свидетельствует о перспективности использования лазера в SLM- и SLS‑установках.
Главными преимуществами созданного лазерного источника являются высокое качество излучения, проверенные производители комплектующих изделий, а также промышленный дизайн, совместимый с используемыми стандартными установками. Но главное – это полностью российская разработка и сборка. Уже завершена поставка лазера LLS-YFLSM‑1000 во ВНИИОФИ в качестве мощного источника излучения. Кроме научных проектов лазер может быть использован в качестве базового лазерного блока при изготовлении мультикиловаттных лазерных систем [2]. В настоящий момент в «РФЯЦ-ВНИИТФ» идет подготовка к серийному производству волоконных лазеров. В перспективе стоит разработка мультикиловаттных лазерных систем, которые используются в промышленных станках по раскрою металлических материалов.
Известные аналитики рынка лазеров предсказывают [3], что высокомощные волоконные лазеры будут востребованы в различных отраслях промышленности, так как обладают высоким потенциалом адаптации под существующие технологические линии машиностроительных предприятий. В дальнейшем АО «ЛЛС» планирует наращивать экспорт и развивать новые направления в разработке источников лазерного излучения. Для быстрого восстановления работоспособности устройств в случае обнаружения неисправностей и с целью увеличения качества обслуживания клиентов АО «ЛЛС» открывает собственный сервисный центр для гарантийного и постгарантийного обслуживания поставляемых лазеров.
References
Потёмкин А. К., Хазанов Е. А. Вычисление параметра M2 лазерных пучков методом моментов. Квантовая электроника. 2005; 35(11): 1042–1044.
Potemkin A. K., Khazanov E. A. Calculation of the laser-beam M2 factor by the method of moments. Quantum Electronics. 2005; 35(11): 1042–1044.
Хазанов Е. А., Миронов С. Ю., Муру Ж. Нелинейное сжатие сверхмощных лазерных импульсов: компрессия после компрессора. Успехи физических наук. 2019; 189 (11): 1173–1200.
Khazanov E. A., Mironov S. Yu., Muru J. Nonlinear compression of high-power laser pulses: compression after compressor approach. UFN. 2019; 189 (11): 1173–1200.
Overton G., Nogee A., Belforte D., Wallace J., Gefvert B. What goes up… ANNUAL LASER MARKET REVIEW & FORECAST 2019. Laser Focus World. January 2019; 40–65.
Отзывы читателей
