南通一超激光有限公司

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激光打标是目前工业产品标记的最先进技术。激光打标时与工件不接触，对工件表面不产生任何机械形变，高速打标可在生产线上实现在线实时打标。具有打标精度高，加工速度快等独特优点，可在平面、弧面及飞行物上打印各种文字、符号、图案、序列号、条形码及二维码，特别适用于硬、脆、软产品。已广泛应用于电子工业、汽车工业、医疗产品、五金工具、家用电器、日常用品、标签技术、航空工业、证件卡片、珠宝加工、仪器仪表以及广告标牌等。典型应用包括各类金属和非金属材料及产品表面的打标，如不锈钢、铝合金、有机玻璃、陶瓷、塑料、合成材料、木材、橡胶皮革、纸品、电容、电感、印制电路板、集成电路、电器接插卡、各类仪表和控制面板、钮扣、化妆品包装、食品包装、文具、工艺品、轴承、齿轮、活塞环等。
光纤激光相干合成发展现状
光纤激光器的出现使得相干合成技术获得了突飞猛进的发展。其原因除了光纤激光器本身的独特优势、紧凑的结构特别适合于相干合成和百千瓦战术使用的需求外，光纤通信商业推广过程中配套产生的几种器件(即光纤熔锥耦合器、多芯光纤、带尾纤的相位调制器与声光移频器等)起到了至关重要的作用。光纤熔锥耦合器、多芯光纤使得基于激光能量注入耦合和倏逝波耦合的被动相位控制十分便利，带尾纤的相位调制器与声光移频器使得主动相位控制能够具备兆赫兹量级的控制带宽，可以用于控制大功率条件下的相位起伏，实现锁相输出。
研究人员在探索和实践中不断推陈出新，提出了不同机理、不同类型的相干合成实现方式并进行了实验验证，相干合成技术以前所未有的速度取得了一系列突破性进展。2003年，美国NorthropGrumman公司和麻省理工学院的J.Anderegg等实现了4路瓦量级和2路十瓦量级光纤激光相干合成。2004年，HRL实验室的H.Bruesselbach等实现了7路瓦量级光纤激光相干合成。2006年，NorthropGrumman公司和美国空军研究实验室的J.Anderegg等实现了4路百瓦量级和9路十瓦量级光纤激光相干合成。2006年，NorthropGrumman公司的G.D.Goodno等以光纤激光作为种子源，利用LiNbO3相位调制器进行主动相位控制实现了2路万瓦级板条放大器的相干合成，输出功率为19kW。2008年通过技术改进实现了2路万瓦级板条放大器相干合成，输出功率达到30kW。2009年3月，NorthropGrumman公司的J.Marmo等以光纤激光作为种子源，利用LiNbO3相位调制器进行主动相位控制实现了4路和7路万瓦级板条放大器的相干合成，输出功率为63kW和105.5kW。
研究人员花费6年左右的时间实现了从瓦量级到十万瓦量级质的飞跃，这在相干合成乃至高能激光发展史上都具有里程碑式的重要意义。与此同时，国内外研究人员也在不断地归纳总结这些相干合成实现方式，形成了大量综述性文章和报道，为后续人员的研究提供了宝贵的经验。
值得注意的是，尽管光纤激光相干合成的技术方案很多，但目前获得百瓦级以上高功率输出的大都由主动相位控制多路MOPA结构光纤放大器相干合成的方案实现。NorthropGrumman公司J.Anderegg等对4路百瓦级光纤放大器进行相干合成获得了470W的总功率输出；美国空军研究实验室T.M.Shay等对5路百瓦级光纤放大器进行相干合成获得了725W的总功率输出。截至目前，仅用光纤激光作为单元模块进行相干合成获得的总输出功率依然没有突破千瓦级，其根本原因在于：研究人员普遍认为主动相位控制相干合成要求各路单元光束单频、线偏振输出，而受限于SBS等因素的影响，单频掺镱光纤放大器的输出功率多年来一直未突破500W，掺铥单频光纤激光。因此，根据现在的技术发展水平及单频单模激光的功率极限，如仅以单频线偏振光纤放大器作为组成模块构建百千瓦级高能激光系统，需要对多路激光进行合成，无疑大大增加了系统的复杂性，提高了对控制系统的技术需求。为实现用光纤激光作为单元模块进行相干合成获得百千瓦级高能激光输出的目标，近两年来，研究人员将工作重点放在提升单链可相干合成的光纤激光模块和相干合成控制系统性能上。
在单元模块方面，英国QinetiQ公司D.C.Jones等通过利用高速相位调制器对一束单频光纤激光进行相位调制将激光线宽展宽至2GHz，从而有效抑制后端高功率放大链路中的非线性效应，并据此实现了4路百瓦级光纤放大器相干合成。无独有偶，NorthropGrumman公司G.D.Goodno等也通过高速相位调制的方式将单频激光线宽展宽至25GHz，如图8所示，随后进行3级链路功率放大，获得了1.4kW高功率光纤激光输出，并利用外差法对这束激光进行了主动相位控制，控制残差小于λ/80。利用这种线宽展宽方案，美国Nufern公司已经实现了千瓦级可相干合成光纤放大器的商品化，预计不久的将来会有更多的研究单位实现千瓦级光纤激光模块相干合成。
在相干合成控制系统性能方面，提高甚多路激光参与相干合成时系统对各路激光相位起伏的校正能力是目前研究的重点。现有的多抖动法主动相位控制虽然具备良好的相位噪声校正能力，但在向大数量光束相干合成扩展时至少存在两个困难，一是随着路数的增多占用的频率资源也越来越多，直到电路不能实现；二是由于每束光需要单独的控制回路，随着控制路数的增多，所需的控制电路会越来越多，成本和系统复杂性也随之增加。为了缓解这些困难，本课题组的Y.Ma等提出了单抖动法相干合成方案。该方案原理如图9所示，所有参与合成的光束使用一个调制频率，这一调制频率分时加载到各光束上，分时探测每一路光束与其他光束间的相位差，并以此作为反馈信号分时加载到各路的相位调制器上对各路相位进行校正，这些信号在时间轴上是分时串行进行的。这样，单抖动法可以只用一路控制电路，产生一路调制信号对多路光束进行相位校正，这就有力地缓解了多抖动法对频率资源的需求和控制电路的难度。
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