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日志

 
 

我国高功率光纤激光器核心器件实现全国产化   

2016-06-27 09:12:23|  分类: 定向能 |  标签: |举报 |字号 订阅

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中国电科实现“高功率光纤激光器”核心器件国产化
时间:2016/6/23  来源:中国电科官网

日前,中国电科实现了“高功率光纤激光器”核心器件全国产化目标,标志着我国已具备了“万瓦级”固体激光武器的光源系统自主研发和生产能力,为高能固体激光装备的自主可控之路打下了坚实基础。

高功率泵浦耦合器是光纤激光器中的核心元器件之一,也是中国电科实现“高功率光纤激光器”及关键器件国内自主可控的关键元器件之一。顾名思义,泵浦耦合器的主要功能是将多根细光纤中的泵浦光耦合汇聚至一根粗光纤后输出更高功率的泵浦光,其工作原理犹如树木的根系一样:众多侧根将土壤中的水分输送并汇聚至主根后注入树干,主根与侧根的吸水、输水能力越强则树木能够获得的水分越多,从而枝繁叶茂。

高功率泵浦耦合器的“主根”与“侧根”均能够允许高功率的泵浦光通过,并将汇聚后的高功率注入下游激光系统,提升光纤激光器的功率水平。每个光纤激光器中有一个或多个泵浦耦合器,甚至多个型号的泵浦耦合器,这些大大小小、形形色色的“根系”从四面八方将能量一级级汇聚到光纤“大动脉”中,最终实现高功率、高亮度激光输出。高功率的激光从数百瓦至数万瓦不等,它们就像削铁如泥、无坚不摧的利刃,既能够胜任汽车、船舶、航空等领域的激光切割、激光焊接与激光打孔,也能在高能激光武器中大显身手,为高端制造业添砖加瓦,为国防事业保驾护航。

目前,国内“高功率光纤激光器”中的高端泵浦耦合器几乎被进口产品垄断,不但存在禁运、断供的风险,而且进口产品价格高、采购周期长、规格品种有限,技术性能指标也难以满足装备发展需求。

为摆脱对进口核心器件的依赖,中国电科提出了“高功率光纤激光器”中核心器件全面实现国产化的目标,由中国电科23所负责高功率泵浦耦合器的研制任务。

在短短半年内中国电科完成了近20项专题研究,攻克了泵浦光高效率耦合、抗高功率损伤以及高功率光纤器件散热封装及其通用性设计等技术难题,按时完成了项目研制目标,实现了合束器和泵浦耦合器等核心元器件的国产化,同时自主研发的泵浦耦合器泵浦光注入功率超过1200W,耦合效率最高达97%,达到国际先进水平。


小器件汇聚大能量——我所实现高功率泵浦耦合器国产化
2015-7-3 来源:中国电科23所官网

日前,我所研制的(6+1)*1高功率泵浦耦合器在中国电科11所顺利通过装机前的验收测试,这意味着电科集团公司创新基金一号项目“高功率光纤激光器”已实现核心元器件的全国产化目标。对于我所的泵浦耦合器研制小组而言,二百多天的忙碌和努力终于迎来了收获。

高功率泵浦耦合器是光纤激光器中的核心元器件之一,其主要功能是将多路的高功率泵浦光汇聚至光纤激光系统,提升激光功率水平。目前国内高功率光纤激光器中的高端泵浦耦合器几乎被进口产品垄断,不但存在禁运、断供的风险,而且进口产品价格高、采购周期长、规格品种有限,技术性能指标也难以满足武器装备发展需求。为摆脱对进口核心器件的依赖,电科集团提出了高功率光纤激光器中核心器件全面实现国产化的目标,而高功率泵浦耦合器的研制任务则落在我们23所的肩上。

肩负核心元器件国产化使命,我所高度重视,并清楚的知道元器件作为光纤激光器的上游产品,其研发进度将直接影响到激光器等整机单位的研制进度,进而关系到一号项目是否能按照节点顺利完成。然而,高功率泵浦耦合器在研制初期的进展并不如预期的顺利,任何一个微小的瑕疵都会让器件在高功率工作时效率下降甚至失效。研制人员面对时间紧、任务重、难度大、挑战大的现状并未退缩,他们在项目技术负责人慕伟研究员的带领下齐心协力、相互鼓励、通力合作,对所有可能的影响因素进行逐一梳理,然后有针对性地进行产品结构改进、工装平台升级以及工艺参数的优化。

为了按时完成各节点任务,课题组的小伙伴们都蛮拼的。司旭是第七研发部机械设计能手,他对原有的侧泵耦合器工装平台进行了多项大胆的改进并完成搭建,但未预料到该平台在试用中表现出被夹持的光纤自动发生微小位移的问题。为此小司投入到修改图纸-出图加工-调节平台的循环工作模式。有些零件的图纸经历了一百多次讨论修改才提交加工,调节平台操作有时需屏气凝神地埋头连续工作好几个小时,丝毫不亚于主刀医生做一台外科手术。课题组的其他成员纷纷主动分担小司的任务,有人帮他做3D建模,有人帮他催促零件加工进度,有人密切配合他做平台调节的精细活儿。团队汇聚的力量让工艺平台调节的效率明显提高,平台的缺陷在最短时间内得到了修复。

徐呈霖精通光纤合束、拉锥等工艺,能像艺术家一样驾驭精密仪器,使得多根“独立分子”的光纤变为能够汇聚大能量的畅通渠道。然而本项目对泵浦耦合器的纤芯效率要求非常苛刻,小徐在经历了多次失败后变得有些茫然。课题组长鼓励他不要放弃,于是他重新整理思路,细化工艺方案,甚至在梦中都在琢磨着白天的工作,每当有了新想法就会立刻着手验证。他精确地控制每一次的光纤切割、拉锥与熔接操作,详细地记录下每一次制作参数与测试结果,并做好相关的原因剖析。成百上千次的尝试让剥纤钳变松了,使切割刀变钝了,但无数次的磨练让小徐更加坚韧,技艺愈加精湛。一天,当课题组长得知他做出了满足要求的样品后第一时间问他是否高兴坏了,他却回答:工艺的重复性还没验证,等连续做出十个满意的样品再庆祝也不迟。

课题组就这样不断地攻克一个又一个技术难题,稳扎稳打地提高泵浦耦合器的功率水平与可靠性。在过去的二百多天里,他们一直在与时间赛跑,披星戴月已然变得稀松平常。功夫不负有心人,课题组在任务节点前向电科11所提交了第一批泵浦耦合器样品,测试结果是令人兴奋的:完全可以替代进口产品,通光功率、泵浦耦合效率以及高功率工作的稳定性均满足使用要求。

“小器件汇聚大能量”,我所坚实地成功迈出了高功率核心元器件实用化与产品化的第一步。面对“十三五”期间的更高要求,项目组已着手开展下一步的规划与准备工作,将以更加饱满的热情投入新一轮的战斗,誓为高功率核心器件的国产化、电科化汇聚更高的能量!    
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