隨著二極管激光器價(jia) 格的下降與(yu) 性能的發展，新的市場正在快速打開。在本文中，技術谘詢公司IDTechEx展示了半導體(ti) 激光技術的進步如何讓激光材料加工和工業(ye) 製造領域的新應用成為(wei) 可能。

技術進步使激光器從(cong) 專(zhuan) 業(ye) 技術儀(yi) 器進入到各類多元化的市場。激光二極管是應用最為(wei) 廣泛的激光技術，屬於(yu) 簡單的半導體(ti) 器件。過去30年來，激光二極管的平均功率顯著提升，而每瓦平均價(jia) 格卻呈指數級下降。因此，激光二極管正在取代一些已有的激光和非激光技術，同時也使全新的光學技術成為(wei) 可能。激光二極管的成熟應用領域包括數據存儲(chu) 、數據通信和固態激光器的光泵浦。相比之下，材料加工和光學傳(chuan) 感是細分市場快速發展的例證，該市場中出現了許多新興(xing) 的應用。

單個(ge) 激光二極管的輸出功率從(cong) 毫瓦到數瓦不等。可以通過將單個(ge) 發射器組合成激光二極管巴條（bar）和數堆巴條（bar）來增加功率；一個(ge) 標準巴條（bar）的寬度為(wei) 1厘米。幾十年來，企業(ye) 之間為(wei) 提高二極管巴條（bar）的輸出功率展開了激烈競爭(zheng) ，並呈指數增長趨勢。雖然就商用二極管巴條（bar）產(chan) 品而言，在1微米波長下每根二極管巴條（bar）的功率通常低於(yu) 200瓦，但激光製造企業(ye) 的研發部門已經證明連續波 (CW) 的平均功率超過 1 千瓦/bar 條。二極管巴條（bar）功率的增加使材料加工領域的新應用成為(wei) 可能，但一些新興(xing) 的應用要求提高激光器的參數，如波長穩定性和器件壽命。因此，功率的競爭(zheng) 不再是這個(ge) 市場中企業(ye) 的當務之急。二極管激光器技術的持續發展反映在用於(yu) 精密工程的紅外光束質量的提高和用於(yu) 金屬加工的新型可見光激光器的發展。

根據IDTechEx采集和分析的數據，研究了1微米紅外波長下激光二極管巴條（bar）輸出功率的發展過程，如上圖所示。二極管巴條（bar）功率的增加促進了直接二極管激光器的發展，並使其在材料加工中的新應用成為(wei) 可能。二極管激光器技術的持續發展反映在用於(yu) 精密工程的紅外光束質量的提高和用於(yu) 金屬加工的新型可見光激光器的發展。

半導體(ti) 激光器技術的這些令人難以置信的進步使得直接二極管激光器（DDL）的發展成為(wei) 可能，包括能產(chan) 生數千瓦輸出功率的高功率直接二極管激光器（HPDDL）。DDL將許多二極管巴條（bar）與(yu) 光束整形係統、控製電路和一個(ge) 冷卻單元相結合。技術進步使DDL能夠在多模式係統中產(chan) 生超過20千瓦的輸出功率，並以比以前更高的光束質量輸出數千瓦的功率。除了DDL以外，Laserline等公司還生產(chan) 與(yu) 有源光纖轉換器耦合的二極管激光器，該激光器以4~6毫米·毫弧度的優(you) 良光束質量產(chan) 生4~6千瓦的輸出功率。

根據IDTechEx采集和分析的數據，研究了1微米紅外波段高功率直接二極管激光器（HPDDL）輸出功率和光束質量的發展過程，如上圖所示。HPDDL 是一種快速發展的材料加工和工業(ye) 製造工具。

現在，光束質量的顯著改善使用戶能夠將激光聚焦到一個(ge) 小點上，這表明DDL是一種快速發展的工具，可用於(yu) 處理金屬、塑料和複合材料。在激光焊接等需要高精度和深穿透的應用領域，DDL現在可以與(yu) 光纖激光器一爭(zheng) 高下。DDL可以直接將電能轉化為(wei) 激光，而光纖激光器基於(yu) 稀土金屬摻雜光纖，必須通過激光二極管或二極管巴條（bar）進行光泵浦（能量輸入）。DDL的單價(jia) 明顯低於(yu) 連續波輸出功率達1千瓦的光纖激光器。按照IDTechEx采訪的主要廠商的報價(jia) ，2018年，1千瓦高功率直接二極管激光器和1千瓦光纖激光器的典型單價(jia) 分別為(wei) 2萬(wan) 美元和2.5萬(wan) 美元。在輸出功率低於(yu) 千瓦的情況下，DDL和光纖激光器的價(jia) 格差距更大。此外，DDL發出的波長與(yu) 光纖激光器不同，這意味著DDL可以用匹配的吸收光譜更有效地加工材料。

因此，DDL和HPDDL正在成為(wei) 全球工業(ye) 製造的主要趨勢。為(wei) 了提升在高增長的DDL/HPDDL市場中的地位，一些重要的參與(yu) 企業(ye) 正在進行戰略性收購，並投入資金用於(yu) 擴大產(chan) 能。例如，日本鬆下收購了美國激光公司TeraDiode，以獲得後者在HPDDL方麵的專(zhuan) 業(ye) 技術。該技術能通過擁有專(zhuan) 利的光學工藝產(chan) 生高質量的光束。總的來說，上述技術進步帶來了良好的業(ye) 務增長機會(hui) 。IDTechEx預測，到2029年，全球激光二極管和直接二極管激光器的市場規模將達到140億(yi) 美元，其中直接二極管激光器的市場規模將達到20億(yi) 美元。IDTechEx的報告《激光二極管和直接二極管激光器-2019版》對該市場進行了詳細分析。

一個(ge) 特別重要的趨勢是開發用於(yu) 焊接和銅材料3D打印等應用的藍光直接二極管激光器。2019年，Laserline推出了一款1kW的產(chan) 品。藍色激光加工金屬的速度更快，效率更高，而這些金屬對大多數工業(ye) 激光係統產(chan) 生的1微米紅外輻射吸收能力較差。2018年，島津公司實現了其BLUE IMPACT藍光衝(chong) 擊二極管激光器的商業(ye) 化，這種激光器可以在高亮度下產(chan) 生100瓦的功率。這款產(chan) 品是島津公司與(yu) 日本大阪大學合作開發的，是日本國家項目的一部分。BLUE IMPACT激光器結合了日亞(ya) 化學公司的許多氮化镓（GaN）藍色激光二極管，自2006年以來效率提高了一倍，輸出功率提高了一個(ge) 數量級。島津450納米藍色二極管激光器的一個(ge) 關(guan) 鍵應用是銅材料的3D打印。銅對藍色激光的吸收率很高，背反射的減少可以使加工過程變快，這對傳(chuan) 統的紅外激光器是一個(ge) 嚴(yan) 峻的挑戰。新研發的3D打印機可以用純銅粉高效打印物體(ti) 。現有的3D打印機技術一般采用CuCr1Zr等銅合金來代替純銅。

IDTechEx預計，隨著更多產(chan) 品的商業(ye) 化，從(cong) 2019年起，藍光DDL將會(hui) 很快應用於(yu) 銅加工領域。IDTechEx的報告《激光二極管和直接二極管激光器-2019版》就本課題展開了進一步論述。該報告評估了采用激光技術的優(you) 勢和挑戰，提供了一個(ge) 平衡的市場機會(hui) 展望。