千讯咨询发布的中国半导体激光器市场前景调查分析报告显示,半导体激光器主要国家发展情况如下:
1、新型半导体激光器光束质量媲美光纤、CO2及固体激光器
美国TeraDiode公司开发出了一款超高亮度的千瓦量级直接半导体激光器。该激光器在COTS半导体激光器基础上采用新的合束与整形技术,使得输出光束的光束参量积达到了3.75mm-mrad,这一数值是迄今为止见诸报道的千瓦量级直接半导体激光器中最低的。采用单根芯径为50μm,数值孔径为0.15的光纤耦合输出时,在单一中心波长下该激光器的输出功率达到了2030W。这种尾纤输出的两千瓦直接半导体激光器具有与工业用光纤和CO2激光器相比拟的亮度,比现今最好的直接半导体激光器的输出光束亮度高十倍以上,适用于工业中的材料处理,包括金属薄片的切割和焊接。
考虑到TeraDiode公司现有的直接半导体激光技术,更高功率和亮度的直接半导体激光器将被制造出来。我们期望制造出功率达到4~6千瓦,BPP范围在4mm-mrad内的直接半导体激光器。这种激光器在高速金属切割领域有更广阔的应用。使用WBC技术,当功率和温度变化时可以保持中心波长高度稳定。这种特性对固体激光器和光纤激光器的泵浦很重要。此外,对功率为1kW的尾纤耦合输出的泵浦激光器,其线宽可以控制在2~4nm。
最后,TeraDiode公司利用高亮度光束的合束与整形方法,可实现任何波长的二极管和半导体激光器的结合。半导体激光器中心波长选择能力与TeraDiode公司提供的超高亮度方法结合,所产生的新特性有更多新的应用。比如在遥感领域,使用波长超过1μm的人眼安全半导体激光器,而在高效材料加工领域,往往使用波长小于1μm的激光器,这是因为许多材料对较短波长的光吸收更强烈。这种波长选择特性不适用于其他类型的高亮度工业激光器。
2、日本开发出可直接加工的高功率蓝色半导体激光器
据岛津制作所在发布资料中介绍,2010年全球加工用激光器市场的规模为2500亿日元,预计2020年将扩大至5700亿日元。除了原来的碳酸气激光器之外,半导体激光激励的固体激光器及光纤激光器也在逐渐成为加工用激光器主流。把这些激光器的激励源--半导体激光器用于直接激光加工用途的"直接二极管激光器(DDL)"不仅体积小、电光转换效率高,而且还可通过大量生产来降低成本,因此作为新一代激光加工光源备受关注。
随着半导体材料外延生长技术、半导体激光波导结构优化技术、腔面钝化技术、高稳定性封装技术、高效散热技术水平的不断提高,半导体激光器功率及光束质量飞速发展,促进了直接工业用半导体激光加工系统和高功率光纤激光器的发展。
目前国际上直接工业用大功率半导体激光器在输出功率5000W级别已超过灯抽运固体激光器的光束质量,在1000W级别已超过全固态激光器的光束质量。随着化合物半导体技术的进步,工业用大功率半导体激光器的输出功率和光束质量将进一步提高,将进一步扩展其工业应用范围。在高功率光纤激光器抽运源方面,光纤耦合输出的功率不断上升,光纤芯径和数值孔径不断降低,导致光纤激光器的抽运亮度不断提高,同时成本却不断下降,因此未来高功率光纤激光器的输出功率与光束质量也将不断地提高。
可以预计,在未来工业激光加工中,特别是在金属激光加工领域,大功率半导体激光器主要应用在激光表面处理、激光熔覆和近距离激光焊接领域,而大功率光纤激光器主要应用在光束质量要求更高的激光切割和远程激光焊接领域。
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