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365:解析半導體激光器產業現狀與技術流派前景

作者:体育365发布时间:2020-05-28已浏览: 166次

近年來,中國激光產業獲得了飛速的發展。中國是活躍的制造業市場及工業激光設備的主要市場,受宏觀經濟發展、制造業產業升級、國家政策支持等因素影響,中國工業激光產業成為受高度關注的產業,市場發展迅速。2015年,体育365中國取代歐洲,首次成為激光器大的消費市場。

2013年以來,我國光纖激光器市場規模逐年增長,CO2激光器市場被逐漸侵蝕,体育365光纖激光器成為工業激光器大產品結構,体育365作為光纖激光器泵浦半導體激光器市場規模快速擴大,2015年、2016年、2017年是我國半導體激光飛速發展的3年,2017年以后,由于部分光纖激光器龍頭廠商開始大批量單獨生產LD器件、LD芯片,減少了對半導體激光器泵浦采購。加之國內宏觀經濟發展壓力加大,体育365國際貿易摩擦不斷,半導體激光器市場增速大幅放緩,到2019年,我國半導體激光器市場規模為19.79億元,体育365同比增長10.6%,2013-2019年年復合增長率達到18.17%。

當前國際上從事半導體激光器的企業有美國的Coherent、nLight、II-VI、Newport、德國TRUMPF、DILAS等。由于國外半導體激光器研發起步早,產業化早,技術積累更深厚,因此其產品占據較大市場份額。

國內半導體激光器產業化相對較晚,但隨著應用市場的快速擴大,也孕育出一批極具競爭力的企業,如山東華光光電(1999.11.成立)、西安華科光電(2002.9.成立)、北京凱普林光電(2003.3.成立)、西安炬光科技(2009.9.成立)、蘇州長光華芯(2012.3.成立)等。據OFweek激光網了解,這幾家企業2019年銷售額均超過億元。其中,凱普林早期的半導體激光器主要面對海外醫療及激光制版印刷行業,從2011年開始逐步成為工業半導體泵浦源及半導體激光直接加工領域國產替代進口的主力軍,其強大的研發團隊及高額的研發投入為其開拓工業市場提供了堅實的技術保障。

早在20世紀80年代的時候,半導體激光器還只是應用在光存儲和一些小眾應用。當時,光存儲是半導體激光器行業的個大型應用。隨著半導體激光器技術不斷創新,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20世紀80年代,光網絡成為了半導體激光器的主戰場。再后來,半導體激光器又成為通信網絡的關鍵加工制造設備。

由于半導體激光器具有制造簡單、易量產、成本低、波長覆蓋范圍廣、體積小、壽命長、能耗低、電光轉換效率高等優點,在CD激光唱片機、光纖通信、光存儲器、激光打印機等獲得廣泛應用,逐漸覆蓋了各個光電子學領域的實用市場。隨著半導體激光器輸出功率逐步提高及輸出特性不斷改善,其在工業加工領域也逐步開始發揮作用。除了直接參與工業加工外,半導體激光器更多應用于光纖激光器和固體激光器的泵浦源,與工業激光市場共同發展,并隨著光纖激光器的爆發而迎來新的增長點。

受光束質量的限制,傳統半導體激光器難以直接用于金屬切割。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激光器,也可以滿足切割對光束質量的要求。另外,由于半導體激光器波長的多樣性,短波長的半導體激光器十分接近鋁的波長吸收大值,因此,在汽車工業中大功率半導體激光非常適用于鋁材汽車車身的焊接。目前,激光輸出功率為2KW到6KW之間的半導體激光器,在汽車工業生產過程中已得到了廣泛應用。此外,藍光半導體激光器以其在銅材料方面吸收效率的極大優勢,在新能源電池電極焊接、PCB加工等領域受到越來越多的青睞。2020年美國西部光電展上,凱普林推出了445nm,200W的產品,成為國內高功率藍光半導體激光器的代表,與laserline等公司同臺競爭。

在材料直接加工領域,半導體激光器光束質量難以超越光纖激光器,但在薄板焊接、切割應用方面,半導體激光器卻十分適用。高功率半導體激光器的發展使得許多重要的應用成為可能,除用作工業激光器泵浦源和直接材料加工外,制版印刷,醫療美容,照明傳感等均成為半導體激光器的重要應用市場。

目前工業加工市場已成為半導體激光器的大市場,而不論是直接加工還是作為泵浦源,半導體激光器的工業應用都離不開光纖耦合。半導體激光器的耦合主要有兩個技術流派,分別是單管耦合技術和巴條耦合技術,這二種技術本質相同卻又各具特點。

所謂單管就是我們常說的激光芯片。其制作過程與半導體芯片一樣,都要經過硅晶圓制造、IC設計、IC制造、IC封測等一系列過程。終制成的一小片芯片,即稱為單管半導體激光器。而激光巴條可以看做是多個半導體單管并排形成的激光器單條,稱之為一個bar,實質上是在同一基底上構建一系列半導體激光器單管而形成的,也可以叫線陣激光器。簡單理解就是,多個單管排列成為一個巴條,而一個巴條又可拆分多個單管。

激光器單管僅有一個發光點,易于進行光纖耦合,因此常用作光纖激光器的泵浦源(多為中低功率),能夠有效減少熱效應的相互影響,同時易于檢修、維護、更換,而且高電壓低電流的驅動電源結構簡單,成本低;而激光巴條由于發光點多,具有更高的發光功率,因此常用作大功率光纖激光器、全固態激光器的泵浦源或直接發光,在醫美、軍工等領域也有較多應用。目前國內的激光器單管高功率能做到20W,而激光巴條則能實現300W甚至更高功率的輸出。

由于光纖激光器的爆發式增長及工業市場的巨量需求,單管耦合是目前半導體激光器中應用更廣的技術方案。代表企業包括美國的Lumentum、nLight,國內的凱普林、長光華芯等。而巴條耦合則由于存在散熱、后期維護等問題,為企業入局造成較高門檻,代表企業如德國Dilas、LIMO等。

隨著半導體激光器在材料加工、泵浦源、醫療美容、傳感照明等應用的廣泛應用,國內外半導體激光器制造商之間競爭日趨激烈。領先的公司在產品性能提升、應用拓展、性價比提高等方面不斷發力。多單管耦合技術與巴條、疊陣直接輸出及巴條耦合技術,作為半導體激光器技術發展的兩條主要技術路線,一直以來以各自的優點,分別在不同的細分應用上獨立發展。

盡管眼下工業激光市場的泵浦源多采用單管耦合技術,但巴條、疊陣、巴條耦合在功率上有著先天優勢,隨著光纖激光器功率不斷提高,巴條技術有望獲得更好的發展前景。此外,半導體激光器在醫美應用、固體激光器泵浦源、高功率直接加工等市場也在飛速發展,也為巴條技術帶來更廣闊的發展空間。實際上這兩種技術流派各有特點,在應用上能夠相互彌補,在增量巨大的市場完全能夠兼容,彼此促進,實現共同發展。對國內半導體激光器企業而言,擴充技術儲備范圍,對長遠發展意義非凡。

這一判斷并非空穴來風。OFweek激光網了解到,北京凱普林光電便已有所行動。據悉,凱普林在成熟的單管耦合技術基礎上,邀請多名歐洲技術專家加入公司,補足巴條、疊陣、巴條耦合等半導體激光器相關技術,其目標是在半導體激光器的兩類產品技術路線都建立優勢。

凱普林官網顯示,公司致力于高功率激光器系統、器件的研發及產業化,目前自有技術包括高效率光纖耦合技術、高精度半導體激光芯片封裝技術、微透鏡設計/光纖處理/光束整形及整套高可靠半導體激光器商業化生產工藝技術,還可為用戶定制特殊規格的激光器組件/系統或提供OEM服務。其大功率光纖耦合半導體激光器產銷量位列世界前列。

OFweek激光網認為,凱普林補齊巴條半導體激光器技術,或將對國內半導體激光器市場格局產生較大影響。伴隨巨大市場增量的驅動,凱普林的變革一方面能擴大自身的市場布局、提高市場占有率;另一方面,新技術的引入也將給整個產業鏈帶來更多選擇,促進整個產業鏈的良性發展。中國半導體激光市場,未來值得期待!