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高功率藍(lán)光激光的發(fā)展
時(shí)間：2022-07-13 10:44 閱讀：2153 次
紅綠激光器應(yīng)用廣泛且早已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。相較而言，藍(lán)光激光器受材料、成本、技術(shù)等因素影響，起步較晚，發(fā)展相對(duì)緩慢。
早期的藍(lán)光激光器功率較低，無(wú)法直接用于工業(yè)加工，并未獲得過(guò)多關(guān)注。直至近年，隨著藍(lán)光TO封裝單管市場(chǎng)化，價(jià)格降低，功率提高，各種工業(yè)制造和光纖耦合技術(shù)不斷豐富，人們意識(shí)到發(fā)展高功率藍(lán)光激光器的可行性。
由于藍(lán)色單個(gè)激光半導(dǎo)體芯片僅具有幾瓦的輸出功率，而其將功率提高到更高的功率范圍是非常耗時(shí)且昂貴的。為了開(kāi)拓藍(lán)光激光的巨大應(yīng)用潛力而所需的高功率，將需要新的技術(shù)方法。迄今為止，藍(lán)光半導(dǎo)體激光的每個(gè)芯片的實(shí)際功率在單個(gè)波長(zhǎng)下約5W，因此合束多個(gè)芯片輸出的光束組合技術(shù)對(duì)于獲得更高的功率輸出是必不可少的。光束組合的方法分為相干方法和非相干方法。其中，非相干方法比較實(shí)用，無(wú)需在激光器之間進(jìn)行精細(xì)的相位控制。非相干方法包括在空間上組合多個(gè)光束的空間組合方法，在偏振分束器中組合正交偏振光的偏振組合方法，以及在同軸上組合不同波長(zhǎng)的波長(zhǎng)組合方法。
隨著2014年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的獲得和全球環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)，氮化鎵(GaN)發(fā)光器件受到了廣泛關(guān)注，尤其是在照明領(lǐng)域，通過(guò)不斷提高藍(lán)光半導(dǎo)體器件的高亮度和高輸出，藍(lán)光半導(dǎo)體激光器已進(jìn)入批量生產(chǎn)時(shí)代，但是它主要用于投影儀光源，替換投影儀中的燈，與產(chǎn)生綠色或紅色光的磷光體一起使用，由于藍(lán)光半導(dǎo)體激光器與燈泡相比具有更長(zhǎng)的壽命和更小的尺寸，因此近年來(lái)它們已迅速普及在照明和顯示應(yīng)用中，但是對(duì)激光加工而言，需要比這些照明用的藍(lán)光激光具有更高的功率，而由于藍(lán)光激光具有如上所述的眾多優(yōu)點(diǎn)，因此人們一直在努力研發(fā)激光加工用的高功率藍(lán)光激光。
2015年，德國(guó)半導(dǎo)體激光器廠商DILAS公司首次推出一款波長(zhǎng)為450nm的藍(lán)光可視光半導(dǎo)體激光系統(tǒng)，最大輸出功率25W，采用光纖芯徑為200μm或400μm，可以擴(kuò)展至100W，可用于材料加工；同年，日本島津公司宣布成功研制光纖耦合型高亮度藍(lán)光直接二極管激光器“BLUE IMPACT”，采用藍(lán)光氮化鎵類半導(dǎo)體激光，是全球首個(gè)完成產(chǎn)品化的激光加工用光源。
在一個(gè)為期三年的德國(guó)政府研究計(jì)劃EffiLAS（高效大功率激光束源）的支持下，德國(guó)Laserline公司研制的第一臺(tái)藍(lán)光千瓦級(jí)半導(dǎo)體激光器誕生了。2018年，Laserline繼續(xù)推出500 W 600 μm樣機(jī)；2019年，該公司在某展上首次展示了全球第一款1 kW 400 μm 商用藍(lán)光半導(dǎo)體激光器。至2020年初，Laserline已經(jīng)宣布實(shí)現(xiàn)2 kW 600 μm藍(lán)光激光器產(chǎn)品的商用。
我國(guó)藍(lán)光激光器發(fā)展略晚于國(guó)外，但科研和產(chǎn)業(yè)界也在抓緊研發(fā)。近幾年，中國(guó)的研究單位和企業(yè)陸續(xù)跟進(jìn)，相繼推出了多款藍(lán)光半導(dǎo)體激光器。國(guó)內(nèi)不少企業(yè)都推出了藍(lán)光激光器，例如凱普林、銳科激光、聯(lián)贏激光等。其中，早在2019年，中國(guó)企業(yè)在美國(guó)西部光電展上推出了200 W 200 μm 半導(dǎo)體激光器。
隨著金屬加工技術(shù)的不斷進(jìn)步和用戶要求的不斷提高，激光器需要在成本和能效以及激光系統(tǒng)性能方面進(jìn)行創(chuàng)新?能有效加工高反射金屬的市場(chǎng)需求，激發(fā)了藍(lán)色高功率激光技術(shù)的發(fā)展，并定將打開(kāi)金屬加工新技術(shù)的大門?
激光焊接機(jī)在鈦合金修補(bǔ)焊接技術(shù)的應(yīng)用
激光焊接機(jī)在精密微小元件中的應(yīng)用
激光焊接機(jī)在超薄材料焊接的應(yīng)用
早期的藍(lán)光激光器功率較低，無(wú)法直接用于工業(yè)加工，并未獲得過(guò)多關(guān)注。直至近年，隨著藍(lán)光TO封裝單管市場(chǎng)化，價(jià)格降低，功率提高，各種工業(yè)制造和光纖耦合技術(shù)不斷豐富，人們意識(shí)到發(fā)展高功率藍(lán)光激光器的可行性。
由于藍(lán)色單個(gè)激光半導(dǎo)體芯片僅具有幾瓦的輸出功率，而其將功率提高到更高的功率范圍是非常耗時(shí)且昂貴的。為了開(kāi)拓藍(lán)光激光的巨大應(yīng)用潛力而所需的高功率，將需要新的技術(shù)方法。迄今為止，藍(lán)光半導(dǎo)體激光的每個(gè)芯片的實(shí)際功率在單個(gè)波長(zhǎng)下約5W，因此合束多個(gè)芯片輸出的光束組合技術(shù)對(duì)于獲得更高的功率輸出是必不可少的。光束組合的方法分為相干方法和非相干方法。其中，非相干方法比較實(shí)用，無(wú)需在激光器之間進(jìn)行精細(xì)的相位控制。非相干方法包括在空間上組合多個(gè)光束的空間組合方法，在偏振分束器中組合正交偏振光的偏振組合方法，以及在同軸上組合不同波長(zhǎng)的波長(zhǎng)組合方法。
隨著2014年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的獲得和全球環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)，氮化鎵(GaN)發(fā)光器件受到了廣泛關(guān)注，尤其是在照明領(lǐng)域，通過(guò)不斷提高藍(lán)光半導(dǎo)體器件的高亮度和高輸出，藍(lán)光半導(dǎo)體激光器已進(jìn)入批量生產(chǎn)時(shí)代，但是它主要用于投影儀光源，替換投影儀中的燈，與產(chǎn)生綠色或紅色光的磷光體一起使用，由于藍(lán)光半導(dǎo)體激光器與燈泡相比具有更長(zhǎng)的壽命和更小的尺寸，因此近年來(lái)它們已迅速普及在照明和顯示應(yīng)用中，但是對(duì)激光加工而言，需要比這些照明用的藍(lán)光激光具有更高的功率，而由于藍(lán)光激光具有如上所述的眾多優(yōu)點(diǎn)，因此人們一直在努力研發(fā)激光加工用的高功率藍(lán)光激光。
2015年，德國(guó)半導(dǎo)體激光器廠商DILAS公司首次推出一款波長(zhǎng)為450nm的藍(lán)光可視光半導(dǎo)體激光系統(tǒng)，最大輸出功率25W，采用光纖芯徑為200μm或400μm，可以擴(kuò)展至100W，可用于材料加工；同年，日本島津公司宣布成功研制光纖耦合型高亮度藍(lán)光直接二極管激光器“BLUE IMPACT”，采用藍(lán)光氮化鎵類半導(dǎo)體激光，是全球首個(gè)完成產(chǎn)品化的激光加工用光源。
在一個(gè)為期三年的德國(guó)政府研究計(jì)劃EffiLAS（高效大功率激光束源）的支持下，德國(guó)Laserline公司研制的第一臺(tái)藍(lán)光千瓦級(jí)半導(dǎo)體激光器誕生了。2018年，Laserline繼續(xù)推出500 W 600 μm樣機(jī)；2019年，該公司在某展上首次展示了全球第一款1 kW 400 μm 商用藍(lán)光半導(dǎo)體激光器。至2020年初，Laserline已經(jīng)宣布實(shí)現(xiàn)2 kW 600 μm藍(lán)光激光器產(chǎn)品的商用。
我國(guó)藍(lán)光激光器發(fā)展略晚于國(guó)外，但科研和產(chǎn)業(yè)界也在抓緊研發(fā)。近幾年，中國(guó)的研究單位和企業(yè)陸續(xù)跟進(jìn)，相繼推出了多款藍(lán)光半導(dǎo)體激光器。國(guó)內(nèi)不少企業(yè)都推出了藍(lán)光激光器，例如凱普林、銳科激光、聯(lián)贏激光等。其中，早在2019年，中國(guó)企業(yè)在美國(guó)西部光電展上推出了200 W 200 μm 半導(dǎo)體激光器。
隨著金屬加工技術(shù)的不斷進(jìn)步和用戶要求的不斷提高，激光器需要在成本和能效以及激光系統(tǒng)性能方面進(jìn)行創(chuàng)新?能有效加工高反射金屬的市場(chǎng)需求，激發(fā)了藍(lán)色高功率激光技術(shù)的發(fā)展，并定將打開(kāi)金屬加工新技術(shù)的大門?
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