Разработка и поставка лазерно-оптических компонентов и оборудования. Резидент Технопарка ИТМО
ru en
Разработка и поставка лазерно-оптических компонентов и оборудования. Резидент Технопарка ИТМО
Разработка и поставка лазерно-оптических компонентов и оборудования. Резидент Технопарка ИТМО
Товар добавлен в корзину
Перейти в корзину
Одномодовый волоконный лазер мощностью 1 кВт с высоким качеством излучения – совместная разработка специалистов ФГУП «РФЯЦ-ВНИИТФ им. академ. Е.И. Забабахина» и АО «ЛЛС»

Одномодовый волоконный лазер мощностью 1 кВт с высоким качеством излучения – совместная разработка специалистов ФГУП «РФЯЦ-ВНИИТФ им. академ. Е.И. Забабахина» и АО «ЛЛС»

31.03.2020
1150
Поделитеcь новостью:

Одномодовый волоконный лазер мощностью 1 кВт с высоким качеством излучения – совместная разработка специалистов ФГУП «РФЯЦ-ВНИИТФ им. академ. Е.И. Забабахина» и АО «ЛЛС»

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

1 ФГУП «РФЯЦ-ВНИИТФ им. академ. Е.И. Забабахина»
2АО «ЛЛС»


Введение

Как показал анализ рынка [1], высокомощные лазеры наиболее востребованы в различных отраслях промышленности. Волоконный лазер является ключевой частью отечественных промышленных установок для трехмерной печати сложнопрофильных ответственных изделий из металлических порошков методом селективного лазерного плавления. Эти установки обладают высоким потенциалом адаптации под существующие технологические линии машиностроительных предприятий и позволят значительно сократить сроки изготовления и себестоимость выпускаемой продукции. Кроме того, одномодовые волоконные лазеры с выходной мощностью излучения уровня 1-1.5 кВт с каждым днем все больше находят свое применение в обработке различного рода материалов (сварка, резка, гравировка и т.д.), а также в изготовлении мультикиловаттных лазерных систем в качестве базового лазерного блока.

Специалисты ФГУП «РФЯЦ – ВНИИТФ им. академ. Е.И. Забабахина» совместно с АО «ЛЛС» приняли решение о разработке одномодового волоконного лазера мощностью 1 кВт с высоким качеством пучка.


    Цель проекта формировалась из трех основных задач:
  • Развитие отечественных лазерно-оптических технологий в России;
  • Укрепление политики импортозамещения в стране;
  • Разработка и реализация волоконного лазера, который не будет уступать по характеристикам аналогам мировых производителей.

Процесс разработки лазера

Чтобы создать конкурентно способный продукт был проведен анализ характеристик существующих аналогов, в ходе которого были выявлены наиболее важные для потребителя – это стоимость, качество излучения, надежность и массо-габаритные параметры.

Специалисты «РФЯЦ-ВНИИТФ» разработали оптическую и электрическую схему лазера и определили требуемые параметры компонентов лазера, которые бы смогли обеспечить высокую мощность в сочетании с высокой надежностью и предельно высоким качеством излучения. Учитывая, что стоимость лазера должна быть сравнима с аналогами, специалисты АО «ЛЛС» проработали возможность поставки компонентов с требуемыми параметрами. Был сделан выбор в пользу производителей, подтверждающих качество выпускаемых пассивных волоконно-оптических компонентов стандартизированными тестами, что позволило добиться необходимых характеристик лазера.

Как правило, тепло, выделяемое в ходе работы высокомощного волоконного лазера в 1.5 раза больше его выходной оптической мощности, поэтому одним из важных элементов лазера является теплоотводящая плита, обеспечивающая многочасовую бесперебойную работу. Имея большой опыт в разработке волоконных лазеров специалисты «РФЯЦ-ВНИИТФ» справились с этой задачей. В конечном итоге, выполнив сборку оптической схемы и электрической схемы, был создан лазер, не уступающий по своим характеристикам мировым аналогам. 


Рис.1. Одномодовый волоконный лазер LLS-YFLSM-1000

Впервые источник лазерного излучения был продемонстрирован на Всероссийской конференции по волоконной оптике (ВКВО-2019), которая проходила в Перми с 08-11 октября 2019 года.

Технические характеристики

Параметр

Значение

Длина волны генерируемого лазерного излучения, нм 
1075 ± 10

Оптическая мощность генерируемого лазерного
излучения, Вт, не менее
1000
Диапазон регулировки мощности, % 10-100, с шагом 1
Мода излучения Одномодовый, ТЕМ00
Качество пучка, М2 1.1 – 1.2
Фронт нарастания/спада оптической мощности, мкс не более (от 0 до 100%, от 100 до 0%)  50
Тип оптического разъема QBH с водяным охлаждением
Режимы генерации Непрерывный, c возможностью модуляции
Максимальная частота модуляции, кГц  Не менее 5
Питание  220 В, 50 Гц
Максимальная потребляемая электрическая мощность, Вт, не более 3500
Масса, кг, не более 40
Габариты конструкции ЛАЗЕР, Ш × Г × В, мм не более 483 × 770 × 140
(3U 19" Rack)
Длина волны пилотного лазера, нм 630-660
Мощность излучения пилотного лазера, мВт, не менее 1


Разработанный источник лазерного излучения обладает следующими достоинствами: возможность перестройки мощности, возможность выбора длины волны в диапазоне от 1070 – 1090 нм.
LLS-YFLSM-1000 имеет QBH разъем и программное управление, что обеспечивает легкую интеграцию в большинство промышленных установок. Лазер обладает меньшими массо-габаритными параметрами по сравнению с аналогами и более высоким качеством излучения. В конструкции используются современные высококачественные комплектующие с низкой вероятностью отказа, прошедшие ресурсные испытания как выходные (у производителя), так и входные (на сборочном участке).


Тестирование ключевых параметров LLS-YFLSM-1000

  • Оптическая эффективность

Контроль мощности лазерного излучения проводился в соответсвии с ГОСТ Р ИСО 11554-2008 с помощью измерителя мощности Ophir L1500W-BB-50 прямыми измерениями. В результате испытаний значение квантовой эффективности составило 74% квантовой эффективности, что является достаточно высоким показателем в сравнении с коммерчески доступными системами.

Рис.2. Дифференциальный КПД

  • Спектр выходного излучения лазера

По результатам тестирования спектра выходного излучения ширина спектра составила Δλ=0,5 нм по уровню FWHM.


Рис.3. Спектр выходного излучения лазера

  • Качество пучка - М2

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.

Основной  параметр, на который делался акцент – это качество пучка M2,
составляющее 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 4λ/π. Это позволяет не только охарактеризовать качество выходного пучка, но и описать изменение радиуса пучка вдоль луча [2].


Рис.4. Зона перетяжки

  • Импульсный режим работы

Испытания проводились по ГОСТ Р ИСО 11554-2008. Измерения производились при помощи фотоприемника ФД-256 и осциллографа TekTronix TDS3000 с полосой пропускания 500 МГц.


Рис.5. Фронты нарастания и спада мощности излучения.

 

В случае импульсного режима работы наблюдаются крутые фронты импульса. Это говорит о перспективности  использования лазера в аддитивных технологиях, требующих равномерный и быстрый прогрев материала.


Применение
  • Аддитивные технологии
  • Резка высокоотражающих материалов
  • Сварка
  • Наплавка
  • Передача направленной энергии
  • Структурирование поверхности


Заключение

Главными преимуществами созданного источника излучения являются полностью российская разработка и сборка, высокое качество излучения, проверенные производители комплектующих, а также промышленный дизайн, совместимый со стандартными установками.

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.

На сегодняшний день совершена поставка лазера LLS-YFLSM-1000 во Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Оптико-Физических Измерений в качестве мощного источника излучения.

В дальнейшем АО «ЛЛС» планирует наращивать экспорт и развивать новые направления в разработке источников лазерного излучения. С целью увеличения качества обслуживания клиентов  АО «ЛЛС», в скором времени состоится открытие и формирование собственного сервисного центра для гарантийного и пост-гарантийного обслуживания поставляемых лазеров, что позволит максимально быстро восстанавливать работоспособность устройств в случае поломки.

 

Используемая литература

1. What goes up … ANNUAL LASER MARKET REVIEW & FORECAST 2019 / GAIL OVERTON, ALLEN NOGEE, DAVID BELFORTE, JOHN WALLACE, BARBARA GEFVERT //Laser Focus World, January 2019. P. 40–45, 47, 49–54, 56–58, 60–61, 64–65.

2. А. К. Потёмкин, Е. А. Хазанов, Квантовая электроника, 2005, том 35, номер 11, 1042–1044

Понравилось?
Обязательно поделитесь статьей в социальных сетях!