解读半导体激光器产业发展及应用

发布时间:2022年07月31日
       一、半导体激光器简介半导体激光器俗称激光二极管。因其以半导体材料为工作物质的特性, 故称为半导体激光器。半导体激光器由光纤耦合半导体激光器模块、合束装置、激光能量传输电缆、电源系统、控制系统和机械结构组成。激光输出是在电源系统和控制系统的驱动和监控下实现的。半导体激光器常用的工作物质主要有砷化镓(、硫化镉()、磷化铟(、硫化锌)等。根据工作物质的不同, 主要有电注入、式和高能电子三种激发方式。光束激发。(1 电注入是半导体激光器。一般半导体结二极管以 、 、 、 等工作物质为主要材料。在节点平面区域产生受激发射。(2型激光器) ,

一般是在晶体中掺有受主杂质的锗单晶(型半导体单晶或以电子为载流子的锗单晶)晶体(型半导体单晶为工作材料, 受其发射的激光激发)其他激光器, 从而实现粒子数反转。半导体锗单晶, 但值得注意的问题是高能电子束m激发半导体激光器主要用于半导体单晶的选择。半导体激光器的种类很多, 根据其芯片参数和封装方式, 有多种分类方式.其中, 光纤输出的半导体激光器的分类方法主要有以下几种: 图1 半导体激光器的分类 资料来源:工研院 2、半导体激光器技术的发展 自1962年世界第一台半导体激光器发明以来, 半导体激光器发生了巨大的变化, 极大地促进了其他科学技术的发展。近年来, 用于信息技术领域的低功率半导体激光器发展迅速。例如, 用于光纤通信的激光二极管和动态单模激光二极管, 以及广泛应用于光盘加工的可见光波长的激光二极管, 甚至超短脉冲的激光二极管也有了很大的创新。低功率激光二极管本身具有高集成度、高速、可调谐等特点。大型高功率半导体激光器的发展速度也在加快。在 1980 年代, 独立的激光二极管的输出功率在 100 以上, 并实现了 39% 的转换效率。 1990年代, 美国人再次将该指标提高到一个新的水平, 达到45%的转换效率。在输出功率方面, 也由高变高。目前, 在各国研发项目的支持下, 半导体激光器的芯片结构、外延生长和器件封装等激光技术取得了长足的进步, 单元器件的性能也取得了重大突破:光转换效率超过70%, 非常低。光束发散角, 单条连续输出功率超过1000千瓦,

碳纳米散热片的使用使得激光器的冷却效率高于传统半导体条安装技术可以提高30%。 100μ宽单管输出功率达到246, 大功率连续工作寿命可达数万小时。高效大功率半导体激光器也迅速发展为全固态激光器, 使固态激光器获得新的发展机遇和前景。 3、半导体激光器的市场规模半导体激光器具有体积小、重量轻、寿命长、工作可靠性高、能耗低、电光转换效率高、易于量产、价格低廉等优点。 、光存储器、激光打印机等得到广泛应用, 覆盖了整个光电子领域。随着技术的不断发展和突破, 半导体激光器正朝着更短的发射波长、更高的发射功率、超小尺寸和长寿命的方向发展, 以满足各种应用的需求, 产品品种日益丰富。在激光加工、3打印、激光雷达、激光测距、军事、医疗和生命科学等领域也得到了广泛的应用。此外, 高功率直接半导体激光器通过耦合到光纤中进行传输, 已广泛应用于切割和焊接领域。目前, 全球半导体激光器市场规模庞大, 2012年增加值354亿美元至2017年531亿美元, 年复合增长率达84%。图2 2012-2017年全球半导体激光器市场规模及增长率(单位:亿美元 数据来源:工业研究院 4.半导体激光器的应用 1.半导体激光器在光电子中的应用(1光纤通信.半导体激光器)它是光纤通信系统唯一实用的光源, 光纤通信已成为当代通信技术的主流。 (2 光盘存取。半导体激光器已用于光盘存储,

其最大的优点是可以存储大量的声音、文本和图像信息。
       使用蓝绿激光器可以大大提高光的存储密度。光盘。(3 光谱分析。远红外可调谐半导体激光器已用于环境气体分析、监测空气污染、汽车尾气等。可用于工业上监测气相沉积过程。(4 光学信息处理。半导体激光器已用于光学信息系统。表面发射半导体激光器的二维阵列是光学并行处理系统的理想光源, 将用于计算机和光学神经网络。
       5 激光微细加工。借助高- 开关半导体激光器产生的能量超短光脉冲, 集成电路可切割和冲孔等(5 激光报警器。Semico感应器激光报警器应用广泛, 包括防盗报警器、水位报警器、车距报警器等(6激光打印机.高功率半导体激光器已用于激光打印机。使用蓝色和绿色激光可以大大提高打印速度和分辨率。 (7 激光条码扫描器。半导体激光条码扫描器已广泛应用于商品销售、图书档案管理。8 高清激光电视。在不久的将来, 将没有阴极射线管。它使用红色、蓝色和绿色激光器, 其功耗估计比现有电视低 20%。 2. 半导体激光器在材料加工中的应用 半导体激光器在材料加工中的应用非常出色多用于材料切割和电路板加工。由于激光器的高稳定性和高效率, 可以轻松准确地切割工业材料, 在高频电路板的加工中, 低波长紫外激光器也有很好的应用。 (1光纤激光器和固态激光器的泵浦源目前, 半导体激光器最大的应用是作为光纤激光器和固态激光器的泵浦源。作为光纤激光器的泵浦源, 增加单位功率可以从根本上简化泵浦系统。结构或提高泵浦功率水平。随着光纤激光器和固态激光器输出功率的提高, 对半导体泵浦源的功率也提出了更高的要求。(2金属切割由于光束质量的限制, 传统半导体激光器很难直接用于金属切割, 近年来, 随着半导体耦合技术的提高和新型合束技术的逐渐成熟, 一些光纤输出功率在千瓦级以上的半导体激光器可以满足切割光束质量的要求 激光波长的多样性, 短波长半导体激光器的波长非常接近波长铝的最大吸收长度, 在汽车工业中, 大功率半导体激光器非常适用于铝制车身零件的焊接。激光输出功率为2到6个半导体激光器已广泛应用于汽车行业的生产过程中。 (3 Plastic Welding Laser焊接使用中小功率半导体激光器完成了传统的热塑性塑料焊接方法, 例如通过超声波焊接, 可以在压制前直接压制接合区域。塑化。激光可实现光穿透激光焊接, 在连接区形成均匀熔体,

避免摩擦产生的起毛现象。半导体激光塑料焊接广泛用于汽车行业传感器或塑料盒的密封焊接, 也可用于木制品的包边或加工纤维增强合成材料。 (4 激光熔覆激光熔覆, 又称激光熔覆或激光熔覆, 是一种表面改性技术, 将熔覆材料添加到基板表面, 并利用高能量密度的激光束使其与基板表面. 将薄层熔合在一起, 在基层表面形成与其冶金结合的附加熔覆层的方法。在熔覆过程中可以使用半导体激光器, 以实现减少粉末和集体材料的混合, 并减少热量投入, 进一步提高熔覆工艺的经济效益。(5 激光锡焊是一种利用低熔点金属焊料加热熔化, 渗入并填充金属零件间空隙的焊接方法, 焊锡常为锡-基合金。目前100台半导体激光器的输出功率已在焊接中得到推广应用。随着半导体激光器价格的进一步降低, 持续随着劳动力成本的大幅增加以及智能制造和精密制造的进步, 预计激光焊接将逐渐取代传统的烙铁焊接, 并在未来得到广泛应用。 3、半导体激光器在军用中的应用 低功率半导体激光器由于体积小、寿命长、调制方便等优点, 被广泛应用于激光制导、激光测距等领域。它们简单易行, 取得了很好的效果。
       现在大功率半导体激光器的发展也使其与军方领导人兼容领域大放异彩, 激光雷达和激光模拟, 以及深海光通信都得到了长足的发展。半导体激光器的军事应用主要包括高能激光武器泵浦源、大功率半导体激光合束的直接应用;激光制导, 使导弹在激光束中飞行, 直到摧毁目标, 而半导体激光制导多用于地空导弹、空空导弹和空空导弹。 - 空对空导弹、地对地导弹等;激光测距, 主要用于反坦克武器和航空、航天等领域;激光雷达, 用于监视目标, 准确定位来袭目标, 探测直升机和巡航导弹。
       地形跟踪等 制导和测距应用以高功率脉冲半导体激光器为主, 波长集中在 904 个波长左右。近年来, 基于人眼安全的考虑, 有向长波方向发展的趋势。半导体激光器行业发展与应用【推荐报告】《2018-2022年中国光纤激光器市场研究及前景预测报告》《2018年半导体激光器市场分析及前景预测报告》