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高功率藍光激光的發(fā)展
時間：2022-07-13 10:44 閱讀：2477 次
紅綠激光器應用廣泛且早已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。相較而言，藍光激光器受材料、成本、技術等因素影響，起步較晚，發(fā)展相對緩慢。
早期的藍光激光器功率較低，無法直接用于工業(yè)加工，并未獲得過多關注。直至近年，隨著藍光TO封裝單管市場化，價格降低，功率提高，各種工業(yè)制造和光纖耦合技術不斷豐富，人們意識到發(fā)展高功率藍光激光器的可行性。
由于藍色單個激光半導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且昂貴的。為了開拓藍光激光的巨大應用潛力而所需的高功率，將需要新的技術方法。迄今為止，藍光半導體激光的每個芯片的實際功率在單個波長下約5W，因此合束多個芯片輸出的光束組合技術對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，非相干方法比較實用，無需在激光器之間進行精細的相位控制。非相干方法包括在空間上組合多個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的波長組合方法。
隨著2014年諾貝爾物理學獎的獲得和全球環(huán)保意識的不斷增強，氮化鎵(GaN)發(fā)光器件受到了廣泛關注，尤其是在照明領域，通過不斷提高藍光半導體器件的高亮度和高輸出，藍光半導體激光器已進入批量生產(chǎn)時代，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，由于藍光半導體激光器與燈泡相比具有更長的壽命和更小的尺寸，因此近年來它們已迅速普及在照明和顯示應用中，但是對激光加工而言，需要比這些照明用的藍光激光具有更高的功率，而由于藍光激光具有如上所述的眾多優(yōu)點，因此人們一直在努力研發(fā)激光加工用的高功率藍光激光。
2015年，德國半導體激光器廠商DILAS公司首次推出一款波長為450nm的藍光可視光半導體激光系統(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光直接二極管激光器“BLUE IMPACT”，采用藍光氮化鎵類半導體激光，是全球首個完成產(chǎn)品化的激光加工用光源。
在一個為期三年的德國政府研究計劃EffiLAS（高效大功率激光束源）的支持下，德國Laserline公司研制的第一臺藍光千瓦級半導體激光器誕生了。2018年，Laserline繼續(xù)推出500 W 600 μm樣機；2019年，該公司在某展上首次展示了全球第一款1 kW 400 μm 商用藍光半導體激光器。至2020年初，Laserline已經(jīng)宣布實現(xiàn)2 kW 600 μm藍光激光器產(chǎn)品的商用。
我國藍光激光器發(fā)展略晚于國外，但科研和產(chǎn)業(yè)界也在抓緊研發(fā)。近幾年，中國的研究單位和企業(yè)陸續(xù)跟進，相繼推出了多款藍光半導體激光器。國內(nèi)不少企業(yè)都推出了藍光激光器，例如凱普林、銳科激光、聯(lián)贏激光等。其中，早在2019年，中國企業(yè)在美國西部光電展上推出了200 W 200 μm 半導體激光器。
隨著金屬加工技術的不斷進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)性能方面進行創(chuàng)新?能有效加工高反射金屬的市場需求，激發(fā)了藍色高功率激光技術的發(fā)展，并定將打開金屬加工新技術的大門?
早期的藍光激光器功率較低，無法直接用于工業(yè)加工，并未獲得過多關注。直至近年，隨著藍光TO封裝單管市場化，價格降低，功率提高，各種工業(yè)制造和光纖耦合技術不斷豐富，人們意識到發(fā)展高功率藍光激光器的可行性。
由于藍色單個激光半導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且昂貴的。為了開拓藍光激光的巨大應用潛力而所需的高功率，將需要新的技術方法。迄今為止，藍光半導體激光的每個芯片的實際功率在單個波長下約5W，因此合束多個芯片輸出的光束組合技術對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，非相干方法比較實用，無需在激光器之間進行精細的相位控制。非相干方法包括在空間上組合多個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的波長組合方法。
隨著2014年諾貝爾物理學獎的獲得和全球環(huán)保意識的不斷增強，氮化鎵(GaN)發(fā)光器件受到了廣泛關注，尤其是在照明領域，通過不斷提高藍光半導體器件的高亮度和高輸出，藍光半導體激光器已進入批量生產(chǎn)時代，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，由于藍光半導體激光器與燈泡相比具有更長的壽命和更小的尺寸，因此近年來它們已迅速普及在照明和顯示應用中，但是對激光加工而言，需要比這些照明用的藍光激光具有更高的功率，而由于藍光激光具有如上所述的眾多優(yōu)點，因此人們一直在努力研發(fā)激光加工用的高功率藍光激光。
2015年，德國半導體激光器廠商DILAS公司首次推出一款波長為450nm的藍光可視光半導體激光系統(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光直接二極管激光器“BLUE IMPACT”，采用藍光氮化鎵類半導體激光，是全球首個完成產(chǎn)品化的激光加工用光源。
在一個為期三年的德國政府研究計劃EffiLAS（高效大功率激光束源）的支持下，德國Laserline公司研制的第一臺藍光千瓦級半導體激光器誕生了。2018年，Laserline繼續(xù)推出500 W 600 μm樣機；2019年，該公司在某展上首次展示了全球第一款1 kW 400 μm 商用藍光半導體激光器。至2020年初，Laserline已經(jīng)宣布實現(xiàn)2 kW 600 μm藍光激光器產(chǎn)品的商用。
我國藍光激光器發(fā)展略晚于國外，但科研和產(chǎn)業(yè)界也在抓緊研發(fā)。近幾年，中國的研究單位和企業(yè)陸續(xù)跟進，相繼推出了多款藍光半導體激光器。國內(nèi)不少企業(yè)都推出了藍光激光器，例如凱普林、銳科激光、聯(lián)贏激光等。其中，早在2019年，中國企業(yè)在美國西部光電展上推出了200 W 200 μm 半導體激光器。
隨著金屬加工技術的不斷進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)性能方面進行創(chuàng)新?能有效加工高反射金屬的市場需求，激發(fā)了藍色高功率激光技術的發(fā)展，并定將打開金屬加工新技術的大門?
