半導體雷射器的未來在哪裡?

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半導體雷射器的未來在哪裡? 科技 第1張

中國雷射產業在地域分布上呈現出很強的聚集性,以深圳為代表的珠三角區域主要以中、小功率雷射加工設備為主,而以武漢光谷為代表的華中區域則在產品線上更為全面,覆蓋了大、中、小功率設備。除去這兩個最為大型的產業聚集區域,長三角、環渤海地區,以及新興的東北工業區都形成了較為完整的雷射產業帶。

產業升級雷射加工設備需求更大

隨著製造業向高端化、智能化的轉型升級,雷射設備加工應用市場隨之不斷擴增。摩爾定律創始人之一摩爾曾在1965年作出預言:半導體將會得到高速發展,電子學會隨之獲得廣泛的普及,滲透到寬廣的應用領域中。從半個世紀之後再往回看,這一預言早已得到了完美印證。雖然光纖雷射器優勢市場潛力很大,不過,目前市場上應用最多的還是半導體雷射器

半導體雷射器俗稱為雷射二極管,因為其用半導體材料作為工作物質的特性,所以被稱為半導體雷射器。半導體雷射器通常採用的工作物質有砷化鎵、硫化鎘、磷化銦等,可以作為光纖雷射器和固體雷射器的泵浦源,也可以直接輸出雷射作為光源。

半導體雷射器發展始於上世紀60年代,如今已經在各行各業中得到了廣泛的推廣應用。憑借結構緊湊、光束質量好、壽命長及性能穩定等優點,在通訊、材料加工製造、軍事、醫療等領域大展拳腳。正是因為雷射設備應用領域很廣,涉及行業眾多,所以半導體雷射器的市場規模很大。據OFweek行業研究的數據顯示,半導體雷射器在2017年的市場規模高達53.1億美元,同比增長率高達15%,占據了雷射器整體市場份額的四成,是絕對的主導地位。

2012-2017年全球半導體雷射器市場規模及增長率(單位:億美元)

圖片來自OFweek產業研究院

技術發展 應用領域延伸

隨著半導體技術的不斷深入發展,市場需求不斷轉向。半導體雷射器應用領域也不斷發生變化。從最初的小功率設備,發展到目前的大功率設備,半導體雷射器也從一些輕型加工領域向重型加工領域轉移。

早在20世紀80年代的時候,半導體雷射器還只是應用在光存儲和一些小眾應用。當時,光存儲是半導體雷射器行業的第一個大型應用。半導體雷射器技術的不斷創新,推動了注入數字多功能光盤(DVD)和藍光光盤(BD)等光存儲技術的發展。到了20世紀90年代,光網路成為了半導體雷射器的主戰場。再到後來的20世紀90年代,半導體雷射器又成為通信網路的關鍵加工製造設備。

目前,半導體雷射器最大的應用之處是作為光纖雷射器和固體雷射器的泵浦源。半導體雷射器作為光纖雷射器泵源的時候,通過提高單元功率能夠從根本上簡化泵浦系統的結構,和提高泵浦功率水平。隨著光纖雷射器和固體雷射器對輸出功率要求越來越高,對半導體泵浦源的功率也提出了更高的要求。

由於光束質量的限制,傳統半導體雷射器難以直接用於金屬切割。近年來,隨著半導體耦合技術的提高,以及新型合束技術的逐漸成熟,部分千瓦級以上的光纖輸出的半導體雷射器,也可以滿足切割對光束質量的要求。另外,由於半導體雷射器波長的多樣性,短波長的半導體雷射器的波長十分接近鋁的波長吸收最大值。因此,在汽車工業中,大功率半導體雷射非常適用於鋁材汽車車身的焊接。目前,雷射輸出功率為2KW到6KW之間的半導體雷射器,在汽車工業生產過程中已得到了廣泛應用。

在材料直接加工領域,半導體雷射器光束質量難以超越光纖雷射器。但是在薄板焊接、切割應用方面,半導體雷射器卻很適用。高功率半導體雷射器的發展使得許多重要的應用成為可能。這些雷射器已經取代了許多傳統技術,並且為我們帶來了許多新的產品。

總結:總體來說,由於技術不斷發展,導致半導體雷射器的應用領域不斷在改變,這些改變目前仍在發生。總體而言,半導體雷射器正向發射波長更短、發射功率更大的方向發展,以適應當前的市場需求。

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