高性能掺镱光纤激光器系统性能评价与设计思考(特邀)OA
Performance evaluation and design considerations of high-performance ytterbium-doped fiber laser system(invited)
掺镱光纤激光器是绿色智能制造的重要工具,也是当代高能激光系统的首选光源.面向效能、平台和场景,光纤激光器系统需要具有高亮度、高效率、高鲁棒性、小型化、轻量化、低成本等"三高、三低"的性能要求.在实际设计中,如何对光纤激光器系统性能进行有效评价并提升其性能显得尤为重要.首先,根据光纤激光器系统的组成,给出光纤激光器系统性能评价的参数,重点明确了综合评价参数 CSWpP(成本-体积-重量与功率比)、CSWpB(成本-体积-重量与亮度比)的定义与计算方法.其次,根据工业光纤激光器系统特性,对光纤激光器光学、电学、热学模块的效率、热量、体积、重量等参数等进行分析,指出热控模块对激光器系统轻质紧凑化设计的重要性,给出不同功率等级光纤激光系统的体积、重量和功耗的评估.再次,分析当前光纤激光器系统设计和认知的几个可能问题.最后,为了降低面向实际应用场景光纤激光器的 CSWpP、CSWpB,提出高效率低产热、宽温域强耐热的光学和总体设计思路,容、导、扩、换、储、排的复合热管理技术方案和强耦合一体化的工程设计思路,以期为高性能光纤激光器的设计提供参考.
[Background]Ytterbium-doped fiber lasers are important tools for green intelligent manufacturing and are the preferred light source for contemporary high-energy laser systems.Focusing on performance,platforms scenarios,"three highs and three lows"performance characteristics such as high brightness,high efficiency,high robustness,miniaturization,light-weight and low cost of the fiber laser system need to be comprehensively considered.[Purpose]This study aims to propose two new metrics CSWpP(Cost-Size-Weight per unit Power)and CSWpB(cost-size-weight-brightness per unit Brightness),and elaborate on the relevant thoughts on reducing this metrics,which is particularly important to effectively evaluate the performance of the fiber laser system and improve its performance.[Methods]Firstly,based on the composition of the fiber laser system,parameters for evaluating the performance of the fiber laser system are given,with a focus on defining and calculating the comprehensive evaluation parameters CSWpP and CSWpB.Secondly,according to the characteristics of industrial fiber laser systems,the efficiency,heat,volume,and weight parameters of the optical,electrical,and thermal modules of the fiber laser are analyzed,and it is pointed out that the thermal control module is crucial for the lightweight and compactness of the laser system.The volume,weight and power consumption of fiber laser systems of different power levels are evaluated.Thirdly,several possible misunderstandings in the design and cognition of current fiber laser systems are analyzed.[Results]Finally,in order to reduce the CSWpP or CSWpB of fiber lasers for practical application scenarios,high-efficiency,low-heat production,wide-temperature range,strong heat resistance optical and overall design ideas are proposed,as well as a composite thermal management technology scheme of capacitance,conductivity,expansion,switching,storage and discharge,and a strong coupling integrated engineering design idea,in order to provide reference for the design of high-performance fiber lasers.[Conclusions]Therefore,more attention should be paid to and efforts should be made to reduce the CSWpP or CSWpB to achieve higher laser system performance.
王小林;奚小明;张汉伟;习锋杰;陈金宝;王鹏;吴函烁;叶云;赵春晓;王力;史尘;耿翔
国防科技大学 前沿交叉学科学院,长沙 410073||国防科技大学 南湖之光实验室,长沙 410073||国防科技大学 高能激光技术湖南省重点实验室,长沙 410073国防科技大学 前沿交叉学科学院,长沙 410073||国防科技大学 南湖之光实验室,长沙 410073||国防科技大学 高能激光技术湖南省重点实验室,长沙 410073国防科技大学 前沿交叉学科学院,长沙 410073||国防科技大学 南湖之光实验室,长沙 410073||国防科技大学 高能激光技术湖南省重点实验室,长沙 410073国防科技大学 前沿交叉学科学院,长沙 410073||国防科技大学 南湖之光实验室,长沙 410073||国防科技大学 高能激光技术湖南省重点实验室,长沙 410073国防科技大学 前沿交叉学科学院,长沙 410073||国防科技大学 南湖之光实验室,长沙 410073||国防科技大学 高能激光技术湖南省重点实验室,长沙 410073国防科技大学 前沿交叉学科学院,长沙 410073||国防科技大学 南湖之光实验室,长沙 410073||国防科技大学 高能激光技术湖南省重点实验室,长沙 410073国防科技大学 前沿交叉学科学院,长沙 410073||国防科技大学 南湖之光实验室,长沙 410073||国防科技大学 高能激光技术湖南省重点实验室,长沙 410073国防科技大学 前沿交叉学科学院,长沙 410073||国防科技大学 南湖之光实验室,长沙 410073||国防科技大学 高能激光技术湖南省重点实验室,长沙 410073国防科技大学 前沿交叉学科学院,长沙 410073国防科技大学 前沿交叉学科学院,长沙 410073国防科技大学 前沿交叉学科学院,长沙 410073||国防科技大学 南湖之光实验室,长沙 410073||国防科技大学 高能激光技术湖南省重点实验室,长沙 410073国防科技大学 前沿交叉学科学院,长沙 410073||国防科技大学 南湖之光实验室,长沙 410073||国防科技大学 高能激光技术湖南省重点实验室,长沙 410073
数理科学
光纤激光器性能评价成本-体积-重量-亮度比高效率低产热宽温域强耐热容导扩换储排强耦合一体化
《强激光与粒子束》 2026 (5)
3-26,24
国防科技大学自主创新科学基金项目(25-XXXX-DFXJS-03)国家资助博士后研究人员计划(GZC20252810)湖南省杰出青年基金(2023JJ10057)
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