半导体激光器的发展

半导体

中国激光产业在地域分布上呈现出很强的聚集性，以深圳为代表的珠三角区域主要以中、小功率激光加工设备为主，而以武汉光谷为代表的华中区域则在产品线上更为全面，覆盖了大、中、小功率设备。除去这两个最为大型的产业聚集区域，长三角、环渤海地区，以及新兴的东北工业区都形成了较为完整的激光产业带。
产业升级激光加工设备需求更大

随着制造业向高端化、智能化的转型升级，激光设备加工应用市场随之不断扩增。摩尔定律创始人之一摩尔曾在1965年作出预言：半导体将会得到高速发展，电子学会随之获得广泛的普及，渗透到宽广的应用领域中。从半个世纪之后再往回看，这一预言早已得到了完美印证。虽然光纤激光器优势市场潜力很大，不过，目前市场上应用最多的还是半导体激光器。

半导体激光器俗称为激光二极管，因为其用半导体材料作为工作物质的特性，所以被称为半导体激光器。半导体激光器通常采用的工作物质有砷化镓、硫化镉、磷化铟等，可以作为光纤激光器和固体激光器的泵浦源，也可以直接输出激光作为光源。

半导体激光器发展始于上世纪60年代，如今已经在各行各业中得到了广泛的推广应用。凭借结构紧凑、光束质量好、寿命长及性能稳定等优点，在通讯、材料加工制造、军事、医疗等领域大展拳脚。正是因为激光设备应用领域很广，涉及行业众多，所以半导体激光器的市场规模很大。据OFweek行业研究的数据显示，半导体激光器在2017年的市场规模高达53．1亿美元，同比增长率高达15％，占据了激光器整体市场份额的四成，是绝对的主导地位。

2012－2017年全球半导体激光器市场规模及增长率（单位：亿美元）

图片来自OFweek产业研究院

技术发展应用领域延伸

随着半导体技术的不断深入发展，市场需求不断转向。半导体激光器应用领域也不断发生变化。从最初的小功率设备，发展到目前的大功率设备，半导体激光器也从一些轻型加工领域向重型加工领域转移。

早在20世纪80年代的时候，半导体激光器还只是应用在光存储和一些小众应用。当时，光存储是半导体激光器行业的第一个大型应用。半导体激光器技术的不断创新，推动了注入数字多功能光盘（DVD）和蓝光光盘（BD）等光存储技术的发展。到了20世纪90年代，光网络成为了半导体激光器的主战场。再到后来的20世纪90年代，半导体激光器又成为通信网络的关键加工制造设备。

目前，半导体激光器最大的应用之处是作为光纤激光器和固体激光器的泵浦源。半导体激光器作为光纤激光器泵源的时候，通过提高单元功率能够从根本上简化泵浦系统的结构，和提高泵浦功率水平。随着光纤激光器和固体激光器对输出功率要求越来越高，对半导体泵浦源的功率也提出了更高的要求。

由于光束质量的限制，传统半导体激光器难以直接用于金属切割。近年来，随着半导体耦合技术的提高，以及新型合束技术的逐渐成熟，部分千瓦级以上的光纤输出的半导体激光器，也可以满足切割对光束质量的要求。另外，由于半导体激光器波长的多样性，短波长的半导体激光器的波长十分接近铝的波长吸收最大值。因此，在汽车工业中，大功率半导体激光非常适用于铝材汽车车身的焊接。目前，激光输出功率为2KW到6KW之间的半导体激光器，在汽车工业生产过程中已得到了广泛应用。

在材料直接加工领域，半导体激光器光束质量难以超越光纤激光器。但是在薄板焊接、切割应用方面，半导体激光器却很适用。高功率半导体激光器的发展使得许多重要的应用成为可能。这些激光器已经取代了许多传统技术，并且为我们带来了许多新的产品。

总结：总体来说，由于技术不断发展，导致半导体激光器的应用领域不断在改变，这些改变目前仍在发生。总体而言，半导体激光器正向发射波长更短、发射功率更大的方向发展，以适应当前的市场需求。

蔡晨史 · 2019-5-13 09:33:42

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