轻质化、高性能半导体激光泵浦源是如何炼成的

随着制造业，特别是高端制造业的不断发展，轻质化、高性能光纤激光器的应用场景不断被拓宽，被广泛需求于飞机制造、汽车制造、桥梁建设、海洋装备等多个领域。

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我们知道，泵浦源是光纤激光器最主要的组成部件，决定了光纤激光器的核心性能。轻质化和高性能是光纤激光器的发展趋势，也要求半导体激光器泵浦源，必须做到轻质化和高性能。

凯普林开始对锁波长等先进泵浦源进行研发，支持了国内众多项目的开展，推动轻质化、高性能半导体激光器泵浦源研究，目前已形成一系列覆盖不同功率段的产品。从100g 140W 的锁波长高亮度泵浦源，到420g 1000W的泵浦源，拥有全功率段的轻质化，高性能产品系列。

420g 1000W泵浦源

今年9月份，凯普林凭借“高功率 高亮度 轻质化”半导体激光泵浦源荣获2022中国激光“金耀奖”新产品铜奖。

这期，我们以420g的1000W泵浦源为案例，讲解一下，凯普林是如何做到轻质化、高性能的。

轻质合金材料

常规的泵浦源使用的是无氧铜作为管壳和热沉的基本材料，重量大。我们结合了航天等其他行业的成熟经验，选择轻质合金材料，采用特殊的材料加工工艺，包括3D打印技术，去制备激光器的整体结构，实现较大程度的减重以及足够的功能性。

材料选择：低密度兼具好的力学特性

高热导率和可塑性（机加工&3D打印）

拓扑优化高刚性结构设计

在激光器结构的设计过程中，采用拓扑方式，优化高刚性结构设计，保持结构足够的刚性前提下，尽可能降低重量。

类蜂巢减重结构设计及热、力学分析

对光学稳定性影响

高对流换热系数多通道冷却技术

结合芯片的散热需求，设计合理的对流散热通道，保证激光器芯片工作在安全的温度范围内，同时，整体结构不会因温度差而造成较大的形变。优化流道结构以匹配要求的冷却系统的压力、流量，达到芯片温度的控制目标。

密集空间排列技术

在光纤耦合过程中，我们采用了密集空间排列技术，实现了较大的功率密度，我们基于此技术已经开发出了一系列的产品，并应用在工业，科研，蓝光等多个领域。

密集空间排列技术(DSBC)

芯片亮度 VS 光纤输出功率（基于DSBC技术）

光纤包层光剥离技术

为了保证输出光纤的稳定性，我们采用端帽及特殊的模式剥离技术，相较于传统的直接耦合光纤， 拥有更低的耦合功率密度，更少的包层光能量，可以承受更高的耦合功率。实现高可靠性和高功率输出。

端帽及特殊模式剥离原理

小结一下，通过“轻质合金材料+拓扑优化高刚性结构+高对流换热系数多通道+密集空间排列+光纤包层光剥离”，最终我们实现的产品重量小于420g，915 和 976nm千瓦输出的产品已经应用在客户的不同场景下，支持了客户项目和应用的最终需求。

未来，随着高功率半导体激光芯片亮度的提升，新材料和材料加工工艺的创新，轻质化、高功率半导体泵浦源将在各类光纤激光器制备中发挥不可替代的作用，推动下游应用快速发展。

 

凯普林光电成立于2003年，是面向全球的激光解决方案服务商。公司以“让梦想驭光而行”为使命，以“创变非凡”为价值观，致力于创造更好的激光产品，为全球客户提供半导体激光器、光纤激光器、超快激光器产品及解决方案。

凯普林官网：www.bwt-bj.com

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