高功率和高光束質量是材料加工用激光器的兩(liang) 個(ge) 基本要求。為(wei) 了提高大功率半導體(ti) 激光器的輸出功率，可以將十幾個(ge) 或幾十個(ge) 單管激光器芯片集成封裝、形成激光器巴條，將多個(ge) 巴條堆疊起來可形成激光器二維疊陣，激光器疊陣的光功率可以達到千瓦級甚至更高。但是隨著半導體(ti) 激光器條數的增加，其光束質量將會(hui) 下降。另外，半導體(ti) 激光器結構的特殊性決(jue) 定了其快、慢軸光束質量不一致：快軸的光束質量接近衍射極限，而慢軸的光束質量卻比較差，這使得半導體(ti) 激光器在工業(ye) 應用中受到了很大的限製。要實現高質量、寬範圍的激光加工，激光器必須同時滿足高功率和高光束質量。因此，現在發達國家均將研究開發新型高功率、高光束質量的大功率半導體(ti) 激光器作為(wei) 一個(ge) 重要研究方向，以滿足要求更高激光功率密度的激光材料加工應用的需求。

　　大功率半導體(ti) 激光器的關(guan) 鍵技術包括半導體(ti) 激光芯片外延生長技術、半導體(ti) 激光芯片的封裝和光學準直、激光光束整形技術和激光器集成技術。

　　一.半導體(ti) 激光芯片外延生長技術

　　大功率半導體(ti) 激光器的發展與(yu) 其外延芯片結構的研究設計緊密相關(guan) 。近年來，美、德等國家在此方麵投入巨大，並取得了重大進展，處於(yu) 世界領先地位。首先，應變量子阱結構的采用，提高了大功率半導體(ti) 激光器的光電性能，降低了器件的閾值電流密度，並擴展了GaAs基材料係的發射波長覆蓋範圍。其次，采用無鋁有源區提高了激光芯片端麵光學災變損傷(shang) 光功率密度，從(cong) 而提高了器件的輸出功率，並增加了器件的使用壽命。再者，采用寬波導大光腔結構增加了光束近場模式的尺寸，減小了輸出光功率密度，從(cong) 而增加了輸出功率，並延長了器件壽命。目前，商品化的半導體(ti) 激光芯片的電光轉換效率已達到60%，實驗室中的電光轉換效率已超過70%，預計在不久的將來，半導體(ti) 激光器芯片的電光轉換效率能達到85%以上。

　　二.半導體(ti) 激光芯片的封裝和光學準直

　　激光芯片的冷卻和封裝是製造大功率半導體(ti) 激光器的重要環節，由於(yu) 大功率半導體(ti) 激光器的輸出功率高、發光麵積小，其工作時產(chan) 生的熱量密度很高，這對芯片的封裝結構和工藝提出了更高要求。目前，國際上多采用銅熱沉、主動冷卻方式、硬釺焊技術來實現大功率半導體(ti) 激光器陣列的封裝，根據封裝結構的不同，又可分為(wei) 微通道熱沉封裝和傳(chuan) 導熱沉封裝。

　　半導體(ti) 激光器的特殊結構導致其光束的快軸方向發散角非常大，接近40°，而慢軸方向的發散角隻有10°左右。為(wei) 了使激光長距離傳(chuan) 輸以便於(yu) 後續光學處理，需要對光束進行準直。由於(yu) 半導體(ti) 激光器發光單元尺寸較小，目前，國際上常用的準直方法是微透鏡準直。其中，快軸準直鏡通常為(wei) 數值孔徑較大的微柱非球麵鏡，慢軸準直鏡則是對應於(yu) 各個(ge) 發光單元的微柱透鏡。經過快慢軸準直後，快軸方向的發散角可以達到8mrad，慢軸方向的發散角可以達到30mrad。

　　三.半導體(ti) 激光光束整形技術

　　國際上普遍采用光參數乘積來描述半導體(ti) 激光器的光束質量，光參數乘積定義(yi) 為(wei) 某個(ge) 方向上的光斑半徑與(yu) 該方向上遠場發散半角的乘積。光參數乘積的大小決(jue) 定了激光的光束質量，光參數乘積越小，光束質量越好。因為(wei) 半導體(ti) 激光器結構的特殊性決(jue) 定了其快、慢軸光束質量不一致，差別較大，為(wei) 了得到空間上均勻的光束分布，需要對半導體(ti) 激光器的光束進行整形，即將快、慢軸的光參數乘積均勻化。國際上多采用光束分割重排的方法進行光束整形，即先將慢軸的光束進行分割，然後旋轉重排，減小慢軸方向的光斑尺寸，增加快軸方向的光斑尺寸，從(cong) 而實現快、慢軸光參數乘積的均勻化。目前已經報道的快、慢軸光參數乘積均勻化的光束整形方法主要有：光纖束整形法、反射整形法、折射整形法、折反射整形法等。

　　四.半導體(ti) 激光器集成技術

　　利用多光束的空間耦合、偏振耦合、波長耦合等合束技術以及光束整形技術，在增加半導體(ti) 激光器輸出功率的同時得到高光束質量的激光光束。目前，國外許多公司和研究所采用將多種耦合技術相結合的方法，都已實現了千瓦級的功率輸出。德國Laserline公司商品化的直接輸出半導體(ti) 激光器，其輸出功率可達10kW，光斑尺寸0.6mm×3mm，光束質量60×300 mm•mrad，功率密度550kW/cm2；該公司的光纖耦合輸出半導體(ti) 激光器已達到光纖末端連續輸出功率10kW，光纖直徑1mm，數值孔徑NA=0.2，光束質量100mm•mrad，功率密度1MW/cm2。