文稿/本刊Nick Xu

關(guan) 注激光行業(ye) 的人都知道，光纖激光器是時下最熱門的激光器。然而你是否知道，光纖激光器其實是靠半導體(ti) 激光來作為(wei) 泵浦源的？

甘當綠葉——為(wei) 何半導體(ti) 激光器很多時候隻是配角？

一直以來，大部分半導體(ti) 激光器都用於(yu) 泵浦摻雜晶體(ti) （二極管泵浦固態激光器）或摻雜光纖（光纖激光器）。為(wei) 什麽(me) 過去半導體(ti) 激光會(hui) 被用來作為(wei) 固態激光器和光纖激光器的泵浦源，而不是直接用於(yu) 廣泛的應用呢？這是因為(wei) ，雖然半導體(ti) 激光器提供高效、小型、低成本的激光能源，但同時半導體(ti) 激光器也存在兩(liang) 個(ge) 主要限製：它們(men) 不存儲(chu) 能量，而且亮度有限。基本上許多應用需要用到兩(liang) 個(ge) 激光器; 一個(ge) 用於(yu) 將電轉換為(wei) 激光發射，另一個(ge) 用於(yu) 提高激光發射的亮度。

在解決(jue) 提高亮度方麵的問題時，光纖激光器是一個(ge) 非常理想的解決(jue) 方案，光纖激光器提供了一種經濟有效的方式來轉換高功率半導體(ti) 激光器的亮度。雖然波長多路複用光學器件可以將相對低亮度的半導體(ti) 激光器轉換為(wei) 更亮的半導體(ti) 激光器，但這是以增加光譜寬度和光機械複雜性為(wei) 代價(jia) 的。而且事實證明，光纖激光器在亮度轉換方麵特別有效。

半導體(ti) 激光器的發展

半導體(ti) 激光器應用的不斷拓寬與(yu) 其亮度的提升有著直接的聯係。早在1985年時，一台當時最先進的高功率半導體(ti) 激光器僅(jin) 可以將100 mW的功率耦合到105μm芯徑的光纖中，而現在，最先進的高功率半導體(ti) 激光器可以在單個(ge) 波長的105μm光纖中產(chan) 生250 W以上的功率——以每八年十倍的指數增長。就像摩爾定律一樣—— 摩爾推測每過18~24個(ge) 月，集成電路能容納的電子元件的數量將翻一倍，隨後，每個(ge) 芯片的晶體(ti) 管數量每七年增加了10倍。碰巧的是，高功率半導體(ti) 激光器已經以類似的指數速率將更多的光子塞進光纖中。高功率半導體(ti) 激光器的卓越性得益於(yu) 各種不可預見的技術進步，雖然需要新的創新來延續這一趨勢，但有理由相信半導體(ti) 激光技術的創新遠未消耗殆盡。

半導體(ti) 激光器的應用和市場

半導體(ti) 激光器較小的尺寸和外觀使其成為(wei) 許多應用的理想選擇。半導體(ti) 激光器壽命長，從(cong) 成本的角度來看，半導體(ti) 激光器是經濟的。此外，半導體(ti) 激光還具有結構簡單、運轉可靠性高、低功耗、電光轉換效率高、易於(yu) 大規模生產(chan) 以及價(jia) 格較低廉等優(you) 點。上個(ge) 世紀八十年代，半導體(ti) 激光器開始在光存儲(chu) 市場應用，到了九十年代應用拓寬到了光纖通信，以及後來激光打印、光譜分析、光信息處理、激光測距、激光雷達等獲得廣泛應用，範圍覆蓋了整個(ge) 光電子領域。

隨著性能和成本的提高，半導體(ti) 激光器在各種工藝中越來越多地取代了傳(chuan) 統的氣體(ti) 激光器或其他能量轉移源。基於(yu) 半導體(ti) 的激光器已成為(wei) 廣泛應用中普遍使用的工具。工業(ye) 應用範圍從(cong) 傳(chuan) 統製造工藝（如切割和焊接）到新的先進製造技術（如3D打印金屬零件的增材製造）。

全球半導體(ti) 激光器市場規模較大，預計將由2014 年的42.12億(yi) 美元增加到2018 年的56.16 億(yi) 美元，年複合增長率為(wei) 7.46％。

國產(chan) 廠商正在發力

目前，國內(nei) 的激光企業(ye) 也開始重視半導體(ti) 激光器的業(ye) 務，並開始布局。

以光纖激光器為(wei) 主要業(ye) 務的福建中科光匯同樣也推出了一款高功率光纖耦合半導體(ti) 激光器。光纖耦合半導體(ti) 激光器係列涵蓋100瓦到2000瓦的輸出功率型號，是為(wei) 工業(ye) 材料加工、PCB板焊接及複合材料加熱等應用而設計的。高效率、可靠性高、免維護的性能特點，使該係列激光器可以廣泛地應用於(yu) 材料焊接、表麵處理和複合材料加熱等領域。其使用QBH、QD光纖輸出頭與(yu) 焊接頭匹配，同時也可使用QCS光纖輸出頭與(yu) 掃描振鏡，可滿足大多數應用的需求。

高功率光纖耦合半導體(ti) 激光器

創鑫激光是國內(nei) 的知名光纖激光器製造商，主要產(chan) 品為(wei) 脈衝(chong) 光纖激光器係列和連續光纖激光器係列。然而，創鑫很早前就推出了一款HDLS係列的半導體(ti) 激光器。HDLS 係列（1000W/1500W）是創鑫激光開發的高效率、高可靠性、免維護的高功率半導體(ti) 激光器係列，采用水冷方式，激光器效率>40%。HDLS高功率光纖耦合半導體(ti) 激光係統具有比光纖激光器更高的電光轉換效率、更加緊湊的體(ti) 積以及更具競爭(zheng) 力的價(jia) 格。激光通過傳(chuan) 導光纖輸出，適合與(yu) 自動化設備一同使用，實現激光柔性加工。這些特點使得HDLS高功率光纖耦合半導體(ti) 激光係統完美適用於(yu) 金屬材料的熔覆、釺焊以及表麵熱處理等應用。

創鑫激光HDLS係列 半導體(ti) 激光器

國內(nei) 著名半導體(ti) 激光器公司凱普林光電多年來從(cong) 事從(cong) 小功率到高功率的半導體(ti) 激光器生產(chan) ，並且很多是用作泵浦源，現在也開始做直接輸出半導體(ti) 激光器。凱普林在一年多前推出了1000W - 3000W、波長範圍為(wei) 915/980nm的直接半導體(ti) 激光器子係統，適用於(yu) 激光金屬焊接、激光熔覆、激光淬火、以及表麵熱處理。

國內(nei) 光纖激光器領頭羊武漢銳科激光在數年前也已經介入半導體(ti) 激光的產(chan) 品開發，至今為(wei) 止成功推出了80-4000瓦之間的各類光纖輸出半導體(ti) 激光器。百瓦級光纖輸出半導體(ti) 激光器主要應用領域包括激光錫焊和激光透射焊接塑料。中功率光纖輸出半導體(ti) 激光器主要應用於(yu) 金屬薄板熱傳(chuan) 導焊接。高功率光纖輸出半導體(ti) 激光器主要應用於(yu) 淬火、熔覆領域。

深圳市聯贏激光已經推出了成熟的50-1000瓦光纖耦合半導體(ti) 激光器，並且公司宣布開發完成2KW光纖激光器和3KW半導體(ti) 激光器，將在下半年投放市場;新開發完成最大複合功率5KW複合激光焊接機並投放市場,YAG激光焊接機通過美國FCC認證,可以直銷美國市場。這為(wei) 聯贏繼續推動半導體(ti) 激光焊接設備業(ye) 務打下了堅實基礎。

半導體(ti) 激光器的未來

基於(yu) 半導體(ti) 激光器在廣泛的工業(ye) 領域有著很大的應用潛力。在目前激光切割充分發展的情況下，未來激光焊接和表麵處理的應用開發必然會(hui) 給半導體(ti) 激光帶來較大的成長性。微製造應用甚至更加多樣化，因為(wei) 通過這些激光器的精確功率輸送，諸如智能手機之類的關(guan) 鍵產(chan) 品已經在商業(ye) 上可行。航空航天和國防應用涉及廣泛的任務關(guan) 鍵型應用，未來可能包括下一代定向能源係統。

50年前，摩爾基於(yu) 自己的行業(ye) 理解對半導體(ti) 的發展做出了一個(ge) 預測，盡管這個(ge) 預測並不是什麽(me) 基本物理定律，但是事實證明它幾十年來一直都是正確的，而且半導體(ti) 技術的進步已經實現了幾十年前無法想象的顛覆性創新。正如摩爾定律一般，沒人能預測到後來的半導體(ti) 激光器亮度的指數級進步會(hui) 通過很多各種不同的創新來實現。盡管半導體(ti) 激光器亮度的指數級進步也沒有基本物理定律作為(wei) 依據，但是持續的科技進步很有可能持續這個(ge) 趨勢。半導體(ti) 激光將會(hui) 繼續代替傳(chuan) 統技術並進一步影響製造業(ye) 。