文稿/本刊Nick Xu

关注激光行业的人都知道，光纤激光器是时下最热门的激光器。然而你是否知道，光纤激光器其实是靠半导体激光来作为泵浦源的？

甘当绿叶——为何半导体激光器很多时候只是配角？

一直以来，大部分半导体激光器都用于泵浦掺杂晶体（二极管泵浦固态激光器）或掺杂光纤（光纤激光器）。为什么过去半导体激光会被用来作为固态激光器和光纤激光器的泵浦源，而不是直接用于广泛的应用呢？这是因为，虽然半导体激光器提供高效、小型、低成本的激光能源，但同时半导体激光器也存在两个主要限制：它们不存储能量，而且亮度有限。基本上许多应用需要用到两个激光器; 一个用于将电转换为激光发射，另一个用于提高激光发射的亮度。

在解决提高亮度方面的问题时，光纤激光器是一个非常理想的解决方案，光纤激光器提供了一种经济有效的方式来转换高功率半导体激光器的亮度。虽然波长多路复用光学器件可以将相对低亮度的半导体激光器转换为更亮的半导体激光器，但这是以增加光谱宽度和光机械复杂性为代价的。而且事实证明，光纤激光器在亮度转换方面特别有效。

半导体激光器的发展

半导体激光器应用的不断拓宽与其亮度的提升有着直接的联系。早在1985年时，一台当时最先进的高功率半导体激光器仅可以将100 mW的功率耦合到105μm芯径的光纤中，而现在，最先进的高功率半导体激光器可以在单个波长的105μm光纤中产生250 W以上的功率——以每八年十倍的指数增长。就像摩尔定律一样—— 摩尔推测每过18~24个月，集成电路能容纳的电子元件的数量将翻一倍，随后，每个芯片的晶体管数量每七年增加了10倍。碰巧的是，高功率半导体激光器已经以类似的指数速率将更多的光子塞进光纤中。高功率半导体激光器的卓越性得益于各种不可预见的技术进步，虽然需要新的创新来延续这一趋势，但有理由相信半导体激光技术的创新远未消耗殆尽。

半导体激光器的应用和市场

半导体激光器较小的尺寸和外观使其成为许多应用的理想选择。半导体激光器寿命长，从成本的角度来看，半导体激光器是经济的。此外，半导体激光还具有结构简单、运转可靠性高、低功耗、电光转换效率高、易于大规模生产以及价格较低廉等优点。上个世纪八十年代，半导体激光器开始在光存储市场应用，到了九十年代应用拓宽到了光纤通信，以及后来激光打印、光谱分析、光信息处理、激光测距、激光雷达等获得广泛应用，范围覆盖了整个光电子领域。

随着性能和成本的提高，半导体激光器在各种工艺中越来越多地取代了传统的气体激光器或其他能量转移源。基于半导体的激光器已成为广泛应用中普遍使用的工具。工业应用范围从传统制造工艺（如切割和焊接）到新的先进制造技术（如3D打印金属零件的增材制造）。

全球半导体激光器市场规模较大，预计将由2014 年的42.12亿美元增加到2018 年的56.16 亿美元，年复合增长率为7.46％。

国产厂商正在发力

目前，国内的激光企业也开始重视半导体激光器的业务，并开始布局。

以光纤激光器为主要业务的福建中科光汇同样也推出了一款高功率光纤耦合半导体激光器。光纤耦合半导体激光器系列涵盖100瓦到2000瓦的输出功率型号，是为工业材料加工、PCB板焊接及复合材料加热等应用而设计的。高效率、可靠性高、免维护的性能特点，使该系列激光器可以广泛地应用于材料焊接、表面处理和复合材料加热等领域。其使用QBH、QD光纤输出头与焊接头匹配，同时也可使用QCS光纤输出头与扫描振镜，可满足大多数应用的需求。

高功率光纤耦合半导体激光器

创鑫激光是国内的知名光纤激光器制造商，主要产品为脉冲光纤激光器系列和连续光纤激光器系列。然而，创鑫很早前就推出了一款HDLS系列的半导体激光器。HDLS 系列（1000W/1500W）是创鑫激光开发的高效率、高可靠性、免维护的高功率半导体激光器系列，采用水冷方式，激光器效率>40%。HDLS高功率光纤耦合半导体激光系统具有比光纤激光器更高的电光转换效率、更加紧凑的体积以及更具竞争力的价格。激光通过传导光纤输出，适合与自动化设备一同使用，实现激光柔性加工。这些特点使得HDLS高功率光纤耦合半导体激光系统完美适用于金属材料的熔覆、钎焊以及表面热处理等应用。

创鑫激光HDLS系列 半导体激光器

国内著名半导体激光器公司凯普林光电多年来从事从小功率到高功率的半导体激光器生产，并且很多是用作泵浦源，现在也开始做直接输出半导体激光器。凯普林在一年多前推出了1000W - 3000W、波长范围为915/980nm的直接半导体激光器子系统，适用于激光金属焊接、激光熔覆、激光淬火、以及表面热处理。

国内光纤激光器领头羊武汉锐科激光在数年前也已经介入半导体激光的产品开发，至今为止成功推出了80-4000瓦之间的各类光纤输出半导体激光器。百瓦级光纤输出半导体激光器主要应用领域包括激光锡焊和激光透射焊接塑料。中功率光纤输出半导体激光器主要应用于金属薄板热传导焊接。高功率光纤输出半导体激光器主要应用于淬火、熔覆领域。

深圳市联赢激光已经推出了成熟的50-1000瓦光纤耦合半导体激光器，并且公司宣布开发完成2KW光纤激光器和3KW半导体激光器，将在下半年投放市场;新开发完成最大复合功率5KW复合激光焊接机并投放市场,YAG激光焊接机通过美国FCC认证,可以直销美国市场。这为联赢继续推动半导体激光焊接设备业务打下了坚实基础。

半导体激光器的未来

基于半导体激光器在广泛的工业领域有着很大的应用潜力。在目前激光切割充分发展的情况下，未来激光焊接和表面处理的应用开发必然会给半导体激光带来较大的成长性。微制造应用甚至更加多样化，因为通过这些激光器的精确功率输送，诸如智能手机之类的关键产品已经在商业上可行。航空航天和国防应用涉及广泛的任务关键型应用，未来可能包括下一代定向能源系统。

50年前，摩尔基于自己的行业理解对半导体的发展做出了一个预测，尽管这个预测并不是什么基本物理定律，但是事实证明它几十年来一直都是正确的，而且半导体技术的进步已经实现了几十年前无法想象的颠覆性创新。正如摩尔定律一般，没人能预测到后来的半导体激光器亮度的指数级进步会通过很多各种不同的创新来实现。尽管半导体激光器亮度的指数级进步也没有基本物理定律作为依据，但是持续的科技进步很有可能持续这个趋势。半导体激光将会继续代替传统技术并进一步影响制造业。