光纖激光器的案例
光纖激光器已為新能源車市場做好準備
01 光纖激光器滿足成熟應用需求
對于新能源車行業中的許多不同的生產和制造過程而言，光纖激光器必不可少，特別是對于包括電池和電機的電力傳動系統的制造。電池的生產可分為電芯、模組和Pack裝配，其中很多所需的生產工藝，例如焊接、切割、打標和剝離等，都是使用功率范圍從幾瓦到幾千瓦的光纖激光器實現的。
焊接和切割
焊接和切割是新能源車制造（如鋰離子電池制造）中應用最廣泛的激光加工。電芯中的鋁箔和銅箔，必須被切割、分離。IPG的光纖激光器能夠滿足這項應用的所有要求：
高速加工
無毛刺
無余層區域的金屬暴露
切口處無熔融附著物
無熱影響區
光纖激光器遠程切割工藝的優點可歸功于脈沖光纖激光器的高光束質量和高脈沖重復頻率。IPG納秒脈沖光纖激光器，是滿足精密切割應用要求的理想選擇，同時也是打標和表面處理應用（如二維碼打標、端子漆層剝離）的理想工具。
光纖激光器能夠滿足新能源車生產加工過程中的多種焊接工藝要求。
展開 工業4.0下的光纖激光器市場：已成市場主流，國內廠商崛起
近幾年，隨著激光器技術的成熟，在國內的很多工廠，激光加工已經取代了傳統的機械加工。
隨著全球工業4.0的不斷推進，激光加工技術的應用領域越來越多，從材料加工到汽車生產，再到3D打印等新興產業，激光技術已經成為國家戰略的一部分。
光纖激光器的市場及應用
近年來，光纖激光器技術越來越成熟，在國內的市場占比越來越大，大有取代CO2激光器之勢。
2017年全球工業激光器市場結構
（數據來源：OFweek行業研究中心）
光纖激光器之所以備受歡迎，與市場環境和它自身的特點密不可分。相較于其它類型的激光器，制造成本低、穩定性高、散熱快等優勢，應用在大規模增長的工業切割和焊接需求上，可謂是再合適不過的了。
光纖激光器應用范圍非常廣泛，包括激光光纖通訊、激光空間遠距通訊、工業造船、汽車制造、激光雕刻激光打標、激光切割、軍事國防安全、醫療器械儀器設備、大型基礎建設，以及作為其他激光器的泵浦源等。
國內光纖激光器產業起步較晚
我國光纖激光器產業化起步比較晚，早期國內光纖激光器幾乎全部從海外進口。但是近幾年光纖激光技術發展迅速，光纖激光器的年增長速度超過35%，遠高于全球工業激光器7%-9%的增速。光纖激光器憑借先天性優勢在逐漸蠶食固體和二氧化碳激光器的市場份額，同時光纖激光器也在逐漸開辟新的應用領域。
近兩年，以Nd：YAG激光器為代表的固體激光器開始下滑，但是全固態固體激光器的發展未來或將能夠彌補傳統固體激光器的市場萎縮。此外，超快固體激光器技術的突破，將成為固體激光器市場占比提升的主要動力。
近年來國內的光纖激光器廠商后勁十足
OFweek研究中心預計未來3年，中國光纖激光器市場將持續高速增長，其市場占比繼續擴大。
展開 培訓招生 | 《RP Fiber Power 光纖激光器及器件設計》即將開啟！
RP 系列軟件是功能強大的激光仿真軟件，用于激光發展和激光科學的計算機建模。可以設計并優化光纖激光器和放大器、光波導激光器、光纖耦合器、多芯光纖、螺旋芯光纖、錐形光纖；也可以模擬超短脈沖在不同光纖設備中的傳輸，例如在光纖放大器系統、鎖模光纖激光器和通訊系統中的傳輸。能夠跟蹤和優化光纖放大器和光纖激光器，讓它們適合各種應用。幫助評估和排除光纖激光器和放大器中各種不利的影響；能夠對有源光纖器件性能進行預測；能尋找最佳光纖長度、摻雜濃度、折射率分布等；能夠計算摻雜濃度與光線的關系，準確模擬雙包層光纖，還可以模擬時域動態變化，可以理解和優化的細節如功率效率和噪聲系數。
武漢墨光將于 2024年4月26日-27日 舉辦 RP Fiber Power 光纖激光器及器件設計 線下培訓。
展開 免費講座---RP Fiber Power 光纖激光器仿真設計
開課時間：6月16日 周二 20：00 開始
課程特點：1.光纖激光器設計軟件介紹。
2.客戶群體介紹
3.案例演示：
a.摻銩光纖激光器
b.鉺鐿共摻光纖激光器
c.級聯光纖激光器
感興趣參加的小伙伴，請聯系扣扣：760191304
光纖激光器設計軟件 | RP Fiber Power 仿真環形腔光纖激光器模型
今天講講在 RP Fiber Power 里面仿真環形腔光纖激光器。首先，RP Fiber Power 里面有單位的定義和光譜數據的集合文件（根據需求也可以自定義），我們可以直接調用；然后，定義光纖的結構，信道等基本參數和模型的搭建；最后，使用自帶的函數和命令，顯示想要輸出的數值結果和圖形輸出。下圖顯示了環形腔摻Yb光纖激光器的模擬結果。
（1）光纖中不同位置處的功率分布情況
（2）輸出功率隨輸入功率變化情況
（3）不同光纖長度下的功率分布情況
（4）徑向函數圖
點擊查看軟件介紹：
RP 系列 激光分析設計軟件
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武漢墨光將于 03月23日-24日 舉辦RP Fiber Power 光纖激光器及器件設計 線上培訓。以下是本次培訓的具體安排：
培訓安排
Training Arrangement
培訓詳情
本培訓為線上直播培訓；
培訓內容作業練習跟蹤，老師答疑；
為保證課程質量，課程均采用小班授課模式。
舉辦單位：武漢墨光科技有限公司
培訓日期：2023年03月23-24日 （9:00-17:00）
培訓費用：
①標準收費為2000元/人;
②團體（3人及以上）報名享八折優惠;
③提供服務性發票，項目“培訓費"；
④不可與墨光其他優惠同時使用。
報名方式：
報名咨詢可前往武漢墨光的官網（掃描下方官網二維碼）留言或直接掃碼與我們的工作人員溝通聯系。
展開 基于光纖環形激光器的optisystem仿真及其傳感應用
近年來，光纖傳感器在航空航天領域，工業制造，醫療等領域引起了越來越多的關注，因為他們體積小，結構簡單，靈敏度高，抗電磁干擾強，防腐性能好的特點。各種各樣的傳感器結構被設計出來，以便于提高傳感的靈敏度和精確性。比如FP，MZI，Sagnac環，各種FBG等結構。
但是，對著需求的提高，上述結構的傳感器的性能通常是有限的，需要進一步改進。為了滿足高信噪比和窄3db帶寬的要求，光纖環形激光傳感器系統近年來得到了廣泛的應用。由于激光器天然的高信噪比和高靈敏度，微小的擾動均能夠極大的影響激光輸出的穩態平衡，因此，將不同結構的傳感頭結合到光纖激光器中，可以實現將微小信號放大的作用，可以進一步提高光纖傳感器的靈敏度。
OptiSystem是一個光通信系統仿真包，用于設計、測試和優化廣譜光網絡物理層中幾乎任何類型的光鏈路，從模擬視頻廣播系統到洲際骨干網絡。其對放大器和激光器(EDFA, SOA, Raman, Hybrid, GFF優化，光纖激光器)仿真的支持滿足了我們通過改變特點參數進行光纖傳感仿真的需求。圖1表明了optisystem對于光纖環形腔基本結構的仿真。
圖1，光纖激光器的基本結構
已經通過對多種結構的光纖激光器的實現了仿真：
方案一雙向環形泵浦振蕩器，可利用信號發生器調制不同相位差的光路實現鎖模。
方案二單向環形泵浦振蕩器，可利用信號發生器調制不同相位差的光路實現鎖模。雙向方式的輸出功率大于單向環形泵浦振蕩器。主要原因是雙向對摻雜離子的利用率最高，反轉粒子數水平低于單向方式。
方案三單向激光器，利用CW laser作為種子光源，優點在于結構簡單，缺點是輸出效率低，需要較長的摻雜光纖和較高的泵浦源。
展開 光纖激光器設計軟件 | RP Fiber Power 的應用場景
（d）光纖通信系統
分析色散和非線性信號失真，放大器噪聲的影響，優化放大器的非線性管理和放置。
（e）光纖激光器
可以去分析和優化激光器的功率轉換效率、波長調諧范圍等參數，也可以進行調 Q 激光器的動態模擬等。
（f）超快光纖激光器和放大器
可以仿真脈沖往返多次后的穩態行為、考慮光纖的非線性和色散的影響、定義不同類型折射率分布的脈沖放大、最佳色散脈沖壓縮、反饋靈敏度、超連續譜的產生等等。
（g）超快體激光器和放大器
研究調 Q、鎖模行為，找到飽和吸收器所需的特性，分析反饋靈敏度，研究啁啾脈沖放大系統、再生放大器等。
特別是與單模光纖一起使用時，高機械穩定性很重要。
展開 RP Fiber Power 光纖激光器及光纖器件設計軟件——建模原理5-7
反射和激光諧振腔
在光纖放大器中，信號或泵浦波通常只沿光纖一個方向傳輸，但是也可能在一端反射，所以波能兩次通過。如果信號反射發生在兩端，激光可能產生，信號可以保持在這樣的激光諧振腔內即使沒有外部輸出。
RP Fiber Power 允許仿真兩種不同的配置：
l默認配置是線性的，反射率耦合一個光信道到具有相反傳播方向的另一個光信道
對于前向傳播信道，反射率R1提供來自相應反向傳播信道的輸入，反射率R2將其端部的功率耦合到相應反向傳播信道的輸入端。
如果信道有一個特別的輸入功率，這也被反射損耗了，例如功率要乘以1-R1
l在環形配置中，信道末端的功率乘以R1*R2為相同信道提供輸入。
在環形結構中可以有反向傳播通道，但這些通道不是通過反射相互耦合的，而是保持獨立的。
沒有考慮相干效應，因為軟件只計算光功率，不是光相位。例如，從反射率R1的鏡子傳輸的光束由反射輸入和傳輸的外光束組成。軟件簡單的加起兩個部分，不考慮窄帶寬光束可能的干涉效應。對于超短脈沖仿真，忽略端面反射。
動態仿真
RP Fiber Power也可以仿真有源光纖系統的時間演化。在這種情況下，定義了一個或多個光通道的時變輸入功率，并規定了一些時間間隔和時間步長。也可以引入時間相關的諧振器損耗。軟件仿真所有通道的輸出功率和激發密度的時間演變。例如，這些特性可用于解決以下各種情況：
當短和強脈沖在光纖放大器中放大時，在脈沖放大中增益飽和。因此，脈沖形狀可能會發生實質性的失真。該軟件可以用來計算這些失真，并研究它們對各種參數的依賴性。當然，也可以計算出一個脈沖可以提取多少儲存能量。
光纖激光器可以通過加入一種具有隨時間變化的功率衰減的光學元件來主動調Q。與固態塊體激光器相比，光纖激光器的脈沖演化過程要復雜得多，因為光纖激光器的往返增益要高得多。
展開 技術 | 高亮度光纖激光用于銅焊接
使用這些單模光纖激光器和低階模高亮度激光器，可以達到高于108W/cm2的功率密度，甚至在幾百瓦的功率下也能夠實現可靠的耦合。與功率相當的普通多模激光器相比，這些激光器的強度高達五十倍。IPG提供
YLR系列的單模光纖激光器，其功率從100W至1000W不等，并配有19”的緊湊型機架；此外公司還提供功率高達10
kW的YLS系列光纖激光器(圖2)。 這兩個系列的整體效率都達到40%。
圖2：高功率單模光纖激光器：風冷機架式YLR-1000-SM(左)以及3kW 系統型YLS-3000-SM(右)。
銅焊接工藝的另一個問題是低速焊接時的不穩定性。通常，小于5m/min的焊接速度會面臨焊接不穩定的問題，例如飛濺、氣孔和不規則焊縫表面。隨著焊接速度的加快，這種不穩定性逐漸消失。在5-15m/min的焊速范圍，質量達到可接受的水平。焊速高于15m/min的話，產生的焊縫基本沒有缺陷(圖3)。這意味著最佳的焊接參數介于傳統的運動系統(例如機器人)所能達到的極限范圍內。
圖3：加工速度對焊縫質量和焊縫深度的影響。
這必須用更高的激光功率來實現。新的工藝研究已表明，工藝穩定性不僅可以通過提高焊接方向的速度，也可通過光束導向鏡片的動態位置變化來實現。這種擺動技術使其能夠在相對較低的焊速下形成穩定的焊點，并顯著降低焊縫深度。
通過這種擺動技術，僅使用1kW功率的單模光纖激光器便能實現高達1.5mm焊接深度的高質量銅焊縫。同樣的技術也能夠應用于高亮度多模激光器。使用一款功率為6kW，光束質量為2 mm mrad的光纖激光器測試后顯示，實現了5mm焊縫深度的高質量焊接。
展開 光纖激光器設計軟件 | RP Fiber Power 的軟件界面
下圖給出了自定義表單模式下的主動調 Q Nd:YAG 激光器案例設計。
（h）Custom form下的主動調 Q Nd:YAG 激光器案例設計
總的來說，RP Fiber Power已經是一款具有強大優化功能和高效計算能力的光纖激光器及光纖器件設計軟件，歡迎大家前來咨詢和討論。
光纖激光器設計軟件 | RP Fiber Power 的軟件界面
下圖給出了自定義表單模式下的主動調 Q Nd:YAG 激光器案例設計。
（h）Custom form下的主動調 Q Nd:YAG 激光器案例設計
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RP Fiber Power 摻銩上轉換光纖激光器
摻銩上轉換光纖激光器摻銩上轉換光纖激光器
文件：Tm upconversion fiber laser .fpw
該模型表明，RP Fiber Power軟件如何對含有復雜能級結構的激光器或放大器進行設計。
設定光纖激光器具有以下特性：
光纖為氟鋯酸鹽玻璃，摻雜銩離子。由于ZBLAN玻璃的低聲子能量，3H4和3F2為亞穩態能級。(未被多聲子躍遷所猝滅)
銩離子在吸收3個1140nm泵浦聲子后被激發至高電子能級。由高能級受激輻射至基態，并產生480nm的藍光。
光纖左端面為全反射鏡，右端面為反射率為60%的輸出耦合鏡。
模型所采用的光譜數據源于文獻：“R. Paschotta et al., Characterization and modeling of thulium:ZBLAN blue upconversion fiber lasers”, J. Opt. Soc. Am. B 14 (5), 1213 (1997).
展開 RP Fiber Power 光纖激光器及光纖器件設計軟件---簡介
光纖放大器
研究在單放大器級或多級放大器系統中增益和飽和特性（連續波或脈沖放大），鉺摻鐿放大器光纖中的能量轉移，猝滅效應的影響，放大自發發射等
光纖電信系統
分析色散和非線性信號失真，放大器噪聲的影響，優化非線性管理和放大器的放置
光纖激光器
分析和優化功率轉換效率，波長調諧范圍，Q開關動態
超快光纖激光器和放大器
研究脈沖形成機制，穩定范圍，非線性和色散的影響，拋物線脈沖放大，最佳的色散脈沖壓縮，反饋靈敏度，超連續譜產生
脈沖和超快速固體激光器和放大器
研究Q開關，模式鎖定行為，找到可飽和吸收器所需的特性，分析反饋靈敏度，啁啾脈沖放大研究再生放大穩定性極限
展開 RP Fiber Power 光纖激光器及激光器設計軟件—摻釔光纖激光器
該范例為摻釔光纖激光器的簡單模型。泵浦與信號光均在單模光纖內傳輸。
腳本程序中，通過插入對象函數set＿R（），將放大器模型轉換為激光器模型。設定光纖左端面對信號光（激光）全反射（光纖布拉格光柵效應），輸出光纖端面具有4％的反射率（裸纖端面的菲涅爾反射效應）。
在模型中需簡單定義激光波長。若無定義波長的光學組件，激光器通常輸出增益更大的工作波長。這是一個非常復雜的范例，可自動計算激光輸出波長。
Yb fiber laser ．cf ．fpw 包含用戶自定義項，可靈活編輯輸入參量。
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