2018年中國半導(dǎo)體激光器發(fā)展現(xiàn)狀分析【圖】

    （1）基本概念

    半導(dǎo)體激光器是 20 世紀(jì) 60 年代發(fā)展起來的一種激光器，以半導(dǎo)體材料作為工作物質(zhì)。從 20 世紀(jì) 70 年代末開始，半導(dǎo)體激光器明顯向著兩個方向發(fā)展，一類是以傳遞信息為目的的信息型激光器， 另一類是以直接使用輸出激光的光功率為目的的功率型激光器。半導(dǎo)體激光器工作原理是采用注入電流的激勵方式，將注入電流的電能通過半導(dǎo)體材料實現(xiàn)電光轉(zhuǎn)換，輸出激光。半導(dǎo)體激光器可作為光纖激光器、固體激光器的泵浦源，也可用于制作直接半導(dǎo)體激光器，作為光源應(yīng)用到材料加工、激光醫(yī)療、激光雷達等領(lǐng)域。直接半導(dǎo)體激光器由光纖耦合半導(dǎo)體激光器模塊、 合束器件、 激光傳能光纜、 電源系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及機械結(jié)構(gòu)等構(gòu)成， 在電源系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的驅(qū)動和監(jiān)控下實現(xiàn)激光輸出。

    （2）半導(dǎo)體激光器的分類

    半導(dǎo)體激光器種類較多，根據(jù)其芯片參數(shù)、封裝方式的不同，有多種分類方式。其中，光纖輸出的半導(dǎo)體激光器分類方式主要有以下幾種：

    1）按使用方式分類

    按照半導(dǎo)體激光器使用方式的不同， 可以分為用于光纖激光器和固體激光器等種類激光器的泵浦源以及直接使用其輸出激光的直接半導(dǎo)體激光器。

    2）按功率分類

    按照輸出光功率的不同可分為 100W 以下的低功率半導(dǎo)體激光器、100W-1,000W 的中功率半導(dǎo)體激光器、 1,000W 以上的高功率半導(dǎo)體激光器。

    （3）半導(dǎo)體激光器市場規(guī)模

    隨著半導(dǎo)體激光器技術(shù)的快速發(fā)展和突破, 半導(dǎo)體激光器產(chǎn)品質(zhì)量、波長范圍和輸出功率正在迅速提高，產(chǎn)品種類日益豐富，應(yīng)用到激光加工、 3D 打印、激光雷達、生命科學(xué)與健康和紅外照明與顯示等的許多方面。高功率半導(dǎo)體激光器具有體積小、重量輕、電光轉(zhuǎn)換效率高、性能穩(wěn)定、可靠性高和壽命長等優(yōu)點，已經(jīng)顯露出其在激光器領(lǐng)域中的主導(dǎo)地位， 成為光電行業(yè)中最有發(fā)展前途的領(lǐng)域之一。目前，全球半導(dǎo)體激光器市場規(guī)模較大，預(yù)計將由 2014 年的 42.12 億美元增加到 2018 年的 56.16 億美元，年復(fù)合增長率為 7.46%。

2014-2018年全球半導(dǎo)體激光器市場規(guī)模 單位：億美元

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

    （4）半導(dǎo)體激光器的市場應(yīng)用

    1）光纖激光器和固體激光器的泵浦源

    目前，半導(dǎo)體激光器的最大應(yīng)用是作為光纖激光器和固體激光器的泵浦源。隨著光纖激光器和固體激光器輸出功率越來越高， 對半導(dǎo)體泵浦源的功率也提出了更高的要求。

    2）金屬切割和焊接

    由于光束質(zhì)量的限制，傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器難以直接用于金屬切割。近年來，隨著半導(dǎo)體耦合技術(shù)的提高以及新型合束技術(shù)的逐漸成熟， 部分千瓦級以上的光纖輸出的半導(dǎo)體激光器可以滿足切割對光束質(zhì)量的要求。另外，由于半導(dǎo)體激光器波長的多樣性，短波長的半導(dǎo)體激光器的波長十分接近鋁的波長吸收最大值，在汽車工業(yè)中，大功率半導(dǎo)體激光非常適用于車身的鋁材的焊接。激光輸出功率為 2KW 至 6KW 的半導(dǎo)體激光器在汽車工業(yè)生產(chǎn)過程中已廣泛應(yīng)用。

    3）塑料焊接

    使用中小功率的半導(dǎo)體激光器的激光焊接完善了熱塑性塑料焊接的傳統(tǒng)方法，例如，通過超聲波焊接的方式，可使連接區(qū)域在壓緊前直接塑化。激光可以實現(xiàn)光穿透式的激光焊接，在連接區(qū)域形成均勻的熔體，避免因摩擦產(chǎn)生的起毛現(xiàn)象。半導(dǎo)體激光塑料焊接廣泛使用于汽車行業(yè)的傳感器或塑料箱體的密封焊接，也可應(yīng)用于木制產(chǎn)品包邊或者加工纖維強化的合成材料。

    4）激光熔覆

    激光熔覆又稱為激光包覆或激光熔敷，是一種表面改性技術(shù)，通過在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之與基材表面薄層一起熔凝的方法，在基層表面形成與其為冶金結(jié)合的添料熔覆層。半導(dǎo)體激光器可用于熔覆工藝，實現(xiàn)減少粉末與集體材料的混合以及更少的熱量輸入，進一步提高熔覆工藝的經(jīng)濟效益。

    5）激光錫焊

    錫焊是利用低熔點的金屬焊料加熱熔化后， 滲入并充填金屬件連接處間隙的焊接方法，焊料常為錫基合金。目前，輸出功率為 100W 的半導(dǎo)體激光器已在錫焊中的推廣應(yīng)用。隨著半導(dǎo)體激光器價格的進一步降低、人工成本的不斷提高及智能制造、精密制造的推進，預(yù)計激光錫焊未來將逐步替換傳統(tǒng)的烙鐵焊接，得到廣泛的應(yīng)用。

    相關(guān)報告：智研咨詢發(fā)布的《2018-2024年中國半導(dǎo)體激光器行業(yè)深度調(diào)研及投資前景分析報告》