半导体激光器 半导体激光器将崛起？

手稿/本杂志尼克·许

关注激光行业的都知道，光纤激光器是现在最流行的激光器。但是，你知道光纤激光器实际上是依靠半导体激光器作为泵浦源的吗？

做一片绿叶——为什么半导体激光器往往只是配角？

大多数半导体激光器已经用于泵浦掺杂晶体(二极管泵浦固态激光器)或掺杂光纤(光纤激光器)。为什么半导体激光器在过去被用作固态激光器和光纤激光器的泵浦源，而不是直接用于广泛的应用？这是因为，半导体激光器虽然提供激光能量效率高、体积小、成本低，但也有两个主要的局限性:不储存能量，亮度有限。基本上很多应用需要两个激光器；一个是用来把电转换成激光发射，一个是用来提高激光发射的亮度。

在解决提高亮度的问题时，光纤激光器是理想的解决方案。光纤激光器为转换高功率半导体激光器的亮度提供了一种经济有效的方法。尽管波长复用光学器件可以将亮度相对较低的半导体激光器转换成更亮的半导体激光器，但这是以增加光谱宽度和光机械复杂性为代价的。此外，已经证明光纤激光器在亮度转换方面特别有效。

半导体激光器的发展

半导体激光器应用的扩大直接关系到其亮度的提高。早在1985年，当时最先进的大功率半导体激光器只能将100毫瓦的功率耦合到一根芯径为105μm的光纤中。现在，最先进的大功率半导体激光器在一根单波长105微米光纤中可以产生250瓦以上的功率，每八年呈指数级增长。

就像摩尔定律——摩尔推测一个集成电路可以容纳的电子元件数量每18到24个月就会翻一番，然后每7年每个芯片的晶体管数量就会增加10倍。碰巧的是，高功率半导体激光器以类似的指数速率将更多的光子打包到光纤中。高功率半导体激光器的优越性是由于各种不可预见的技术进步。虽然继续这一趋势需要新的创新，但有理由相信半导体激光技术的创新远未枯竭。

半导体激光器的应用和市场

半导体激光器的小尺寸和外观使其成为许多应用的理想选择。半导体激光器的使用寿命很长，从成本上来说也很经济。此外，半导体激光器还具有结构简单、可靠性高、功耗低、电光转换效率高、易于批量生产、价格低廉等优点。80年代半导体激光器开始应用于光存储市场，90年代扩展到光纤通信。后来激光印刷、光谱分析、光学信息处理、激光测距、激光雷达等被广泛应用，覆盖了整个光电领域。

随着性能和成本的提高，半导体激光器在各种工艺中日益取代传统的气体激光器或其他能量转移源。半导体激光器已经成为广泛应用的工具。工业应用范围从传统制造工艺(如切割和焊接)到新的先进制造技术(如3D印刷金属零件的添加制造)。

全球半导体激光器市场规模较大，预计从2014年的42.12亿美元增长到2018年的56.16亿美元，复合年增长率为7.46%。

国内厂商正在努力

目前，国内激光企业已经开始关注半导体激光器的业务，并开始布局。

专注于光纤激光器的福建中科广汇也推出了大功率光纤耦合半导体激光器。光纤耦合半导体激光器系列覆盖100瓦至2000瓦的输出功率，设计用于工业材料加工、PCB板焊接和复合材料加热。该系列激光器效率高、可靠性高、免维护，可广泛应用于材料焊接、表面处理和复合加热领域。它采用QBH和QD光纤输出头与焊接头匹配，也可以采用QCS光纤输出头和扫描检流计，可以满足大多数应用的需要。

高功率光纤耦合半导体激光器

创新激光是中国著名的光纤激光器制造商。其主要产品有脉冲光纤激光器系列和连续光纤激光器系列。然而，创新早就推出了HDLS系列的半导体激光器。HDLS系列(1000瓦/1500瓦)是创新激光研制的高效率、高可靠性、免维护的大功率半导体激光器系列。采用水冷方式，激光效率> 40%.HDLS大功率光纤耦合半导体激光器系统具有比光纤激光器更高的电光转换效率、更紧凑的体积和更有竞争力的价格。激光通过导电光纤输出，适合与自动化设备配合使用，实现激光柔性加工。这些特点使HDLS大功率光纤耦合半导体激光系统非常适合金属材料的熔覆、钎焊和表面热处理。

创新激光HDLS系列半导体激光器

国内知名半导体激光器公司凯普林光电多年来从事低功率到高功率半导体激光器的生产，很多都是作为泵浦源，现在也开始直接生产半导体激光器。Keplin在一年多前推出了波长范围从1000 W到3000 W的915/980nm的直接半导体激光器子系统，适用于激光金属焊接、激光熔覆、激光淬火和表面热处理。

国内光纤激光器的领头羊武汉锐科激光器，早在几年前就参与了半导体激光器的产品开发，至今已成功推出80-4000瓦之间的各种光纤输出半导体激光器。100瓦光纤输出半导体激光器的主要应用领域包括塑料的激光焊接和激光透射焊接。中功率光纤输出半导体激光器主要用于金属板的热传导焊接。高功率光纤输出半导体激光器主要用于淬火和包层领域。

深圳连赢激光器已推出成熟的50-1000瓦光纤耦合半导体激光器，公司宣布研发2KW光纤激光器和3KW半导体激光器，将于下半年投放市场；新开发的复合功率最大的5KW复合激光焊机已投放市场，YAG激光焊机已通过美国FCC认证，可直接销往美国市场。这为连赢继续推进半导体激光焊接设备业务奠定了坚实的基础。

半导体激光器的未来

半导体激光器在广泛的工业领域具有巨大的应用潜力。随着目前激光切割的全面发展，未来激光焊接和表面处理的应用和发展必然会给半导体激光器带来巨大的发展。微制造应用甚至更加多样化，因为智能手机等关键产品已经通过这些激光器的精确功率输送在商业上可行。航空空航空航天和国防应用涉及广泛的任务关键型应用，其中可能包括未来的下一代定向能系统。

五十年前，摩尔基于自己的行业理解，对半导体的发展做出了预测。这个预言虽然不是基本物理定律，但几十年来已经被证明是正确的，半导体技术的进步实现了几十年前无法想象的颠覆性创新。就像摩尔定律一样，没有人能预测半导体激光器亮度的指数级进步会通过许多不同的创新实现。虽然半导体激光器亮度的指数级进步不是建立在物理基本定律的基础上的，但持续的科技进步很可能会延续这一趋势。半导体激光器将继续取代传统技术，进一步影响制造业。