过去10多年，光纤激光器无疑是工业激光领域最耀眼的明星，应用量大、成长速度很快。根据最新数据，2023年我国光纤激光器市场整体销量达到135.9亿元，同比增长10.8%，预计2024年市场规模将达到145.3亿元，实现对国外品牌市场份额的进一步超越，成为中国激光产业实力提升的重要体现。而在这背后，很大程度上离不开半导体激光器的国产化。目前，半导体激光器在工业方面主要有以下两种方式：一是作为固体激光器和光纤激光器的泵浦源，充分利用其波长可选择性强、能量密度高、电光效率高的特点，将固体或光纤激光集成到激光加工设备系统中；二是直接外加电路和温控模块形成独立半导体激光器，也称直接半导体激光器，由于其具备多样的波长、功率、封装结构，直接半导体激光器大量应用于激光材料加工，另外在激光手术、激光美容、激光传感、照明等领域的应用也越来越多。泵浦源作为固体激光器和光纤激光器的一部分，在其成本中占比在30%左右，可谓是激光器的“心脏”。由于半导体激光器泵浦源比较通用、标准化，随着国内光纤激光厂商开始在高功率、高亮度、小型化方向不断“内卷”，作为泵浦源的半导体激光器也成为各大厂商竞争力的重要体现，被认为是关键的“技术护城河”之一！
以国内激光技术领域创新先锋杰普特为例，经过18年深耕和发展，已成为国内少有的同时拥有脉冲、连续、固体、超快激光器技术与核心自动化技术的公司，而这也与其在半导体激光器领域的积累密不可分。凭借在光学准直技术、激光束整形技术、耦合技术、激光器集成技术等领域深厚积累，除了主力出货的808nm、880nm、915nm、976nm波段外，杰普特自研半导体激光器已经覆盖蓝光、绿光、1xxx系列等各多种波段，功率覆盖25W-500W范围，并可根据具体需求定制波长和功率，从而为公司打造全品类、各波段、不同模式的光纤激光、固体激光、超快激光等产品提供关键器件保障，也为公司成为消费电子、泛半导体、新能源、生物医疗等行业“隐形冠军”发挥重要作用。
杰普特915nm-200W半导体激光器
从应用领域来看，2023年国内半导体激光器在材料加工领域的占比最高为37%，光学通迅领域和科研领域分别以26%和14%的占比分列二、三位，显示照明及医疗健康领域占比分别是9%和7%。在材料加工应用中，半导体激光器主要用于光纤激光器泵浦源，推动激光功率、亮度和效率的大幅度提升，帮助光纤激光进一步打开中厚板及超厚板加工应用，逐步替代传统等离子、火焰加工方式。另一方面，随着各行业精密加工需求的增长，可直接作为高能光源应用在材料加工等方面的直接半导体激光器越来越受关注，包括近年来发展迅速的蓝光半导体激光器。直接半导体激光器采用半导体材料作为发射激光的增益介质，粒子在导带和价带之间跃迁产生光子，使用电激励，是直接的电光转换（电光转换效率最高可达60%-70%），由于是直接的激光输出，不需要转换器件，减少了能量损失，相较于光纤激光器效率高、体积小、成本低。
直接半导体激光器与光纤激光器结构差异
从结构上看，半导体激光器不需要像光纤激光器一样用光来泵浦增益介质，结构上大大简化，节省了很多的光学元器件，比如特种光纤、光栅等，也减少了电光转换效率的损失。此外，与光纤激光器相比，半导体激光器焊接金属时是平顶光斑，光斑顶部有一个较大的横截面，且横截面能量分布均匀，在做焊接、淬火、熔覆时，能实现很好的一致性，并且速度更快，焊缝平滑、覆层质量更匀称。而光纤激光器是高斯分布的光斑，中心能量密度强，在切割和深熔焊方面更具有优势。近些年，随着轻量化发展趋势的出现，新能源汽车、3C电子和航空航天等应用对材料加工提出了新的需求。铜、铝、钛、金等有色金属及其复合材料的应用越来越广泛。由于铜、金和高强度铝等高反射率材料对蓝光激光的吸收率比红外激光高5-10倍，可以有效解决红外激光焊接过程中出现的溅射、气孔和内部缺陷等问题，实现精密高质量的加工，蓝光半导体激光器成为电子产品和动力电池制造等领域热点方向。
杰普特30W蓝光半导体激光器
毫无疑问，新能源是近几年激光应用领域最大的风口。作为国内最早一批布局新能源的企业，短短几年里，杰普特已经在新能源领域取得非常优异成绩，获得国内主流动力电池客户的广泛认可，并实现了市场份额国产激光器第一名。除了光纤激光器之外，杰普特自主研发的450nm蓝光半导体激光器采用多单管耦合，具有高可靠性，可提供低功率、高功率多种选择，满足生物医疗、金属铜激光焊接等应用需求。除了金属加工应用之外，由于蓝光这一光谱波段是水的吸收谷值，同时是血红蛋白(Hb)、氧合血红蛋白(HbO₂) 、类胡罗卜素、叶绿素a、叶绿素b的吸收峰值，蓝光半导体激光器还可被用于外科手术、生物照明、激光打顶(去除顶端优势)、激光除草等领域。受制于实际使用成本仍处于较高水平，加之光束质量的限制因素，蓝光半导体激光器在铜材料加工方面还有待进一步破局。基于激光器领域广泛的技术积累，杰普特可以灵活配备不同光源，例如利用光纤激光器高功率密度的特性，快速且稳定地形成匙孔，再结合铜材对蓝光的高吸收特性，最大限度的减少铜材焊接中气孔和飞溅的问题，从而实现无飞溅、高稳定性、高品质的铜材焊接。近几年来，高功率光纤激光成为市场新宠，各大厂商先后杀入瓜分市场份额，行业迅速从蓝海变成红海市场，同质化低价竞争使得企业获利愈发困难。反观直接半导体激光器领域，除了铜材料焊接之外，还可广泛应用于塑料焊接、锡焊、金属热传导焊接、清洗、切割、淬火、熔覆等领域，具有非常大的市场前景，有望成为新的蓝海市场。面对行业新趋势和挑战，杰普特基于激光光源核心技术优势，自主研发了488nm 100mW激光器、915nm-200W激光器（风冷）、808nm-50W PL（光致发光）、1550nm-10W激光器等产品，以应对不同细分市场应用需求，具体包括：光伏PL检测：杰普特808nm-50W一字光斑输出半导体激光器，利用完好的硅结构因激光诱导产生近红外荧光，并通过近红外感光相机来捕捉荧光成像，通过光强的变化实现膜后、印刷后硅片内部隐裂、黑斑、虚印、断栅、黑斑和表面脏污划痕等诸多缺陷元素的一次性成像，可用于光伏片缺陷检测，不同功率的光斑尺寸都为3*230mm。光伏隐裂检测：杰普特硅片透射系列检测模组以激光穿透为基本原理，配合高清线扫相机可完成自制绒下料开始的所有工艺段的硅片隐裂、崩边、脏污检测。激光锡焊：传统电烙铁焊接，长时间烙铁头会使电烙铁的温度上升过高，这样烙铁头就会发生氧化变色，导致焊接质量下降。焊接过程中产生的金属颗粒和有害气体可通过呼吸道进入体内，引起炎症反应和氧化应激损伤。更为重要的是传统电烙铁无法实现精密加工且耗材成本高。杰普特低功率直接半导体激光锡焊可完美替代传统加工方式，具有无空间限制、无焊头、非接触式、无静电、耗材少、焊接速度快等优势，满足各种大规模及高精密度的锡焊加工需求。激光塑料焊：激光塑料焊接技术是借助激光热量使塑料接触面熔化，进而将热塑性片 材、薄膜或模塑零部件粘结在一起的技术。塑料激光焊接作为激光焊接的一个新兴应用领域，与传统的超声波焊接、热板焊接、振动焊接、胶连接等工艺相比，具有隔空焊接、速度快；无残渣、无粉尘颗粒、不出现飞边；最小化热损坏和热变形，不会导致内部元器件损伤或位移；只对焊接区域加热，不会对其他位置产生影响；焊接效果好，气密性、水密性好，可形成真空结构；材料适用性广，可以将不同组成或不同颜色的树脂粘结在一起；稳定性高，激光能量稳定可控，焊接效果稳定等优势，特别适合被粘接的塑料零部件不能承受振动、或者水密气密要求非常高、或要求无菌无粉尘环境、复杂的几何体，如医疗器械和食品包装、电子传感器、汽车零部件等领域。双波长复合焊接：复合焊接技术是采用光纤激光和半导体激光同轴同时作用于材料进行焊接的新型技术，其中光纤激光作为主波段光源对材料进行深熔焊，半导体激光作为次波段光源对材料同步进行预热并增加材料熔融状态持续时间。可减少焊接内部气孔，同时提升了匙孔的稳定性，在高速焊接也能保证熔池的稳定。激光医疗：针对四合一细胞分析仪、血球仪等领域对激光光源需求，杰普特提供医疗行业定制808nm、915nm、980nm、650nm四合一激光器及488nm-100mW半导体激光器，满足临床检测应用需求。安防补光：杰普特808nm半导体激光器可应用于红外激光补光灯，可实现50m-3Km夜视补光，可提供15W/30W/50W不同功率产品，满足客户不同补光效果及距离需求，具有稳定性高、适合严苛使用环境，可承受-40℃-80℃高低温及85%湿度环境。半导体激光器将是未来激光行业重要的发展趋势和方向之一，近50年来取得了快速发展和丰硕成果，在科学研究和工程技术中有着广泛的渗透和应用，成为激光产业发展的重要基石。随着5G通信、自动驾驶、智能制造等前沿科技产业的快速发展，也进一步带动半导体激光器件需求持续增长。根据预测，2025年全球半导体激光器市场规模将超100亿美元，展现出强劲的增长势头。除了继续朝着更高功率和效率方向发展，半导体激光也开始与光子集成和人工智能等新技术融合，从而创造出更多新的应用和产品。面对未来不断涌现的新需求，杰普特也将凭借激光底层技术的优势，持续提供新的解决方案，坚持“激光+”的定位，为先进制造提供动力之源。
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