半导体激光器地发展

半导体激光器的发展

目前国际光纤激光器的主要生产厂家有IPG、SPI、GSI、JDSU、ROFIN和TRUMPF 等公司。其中以IPG为代表，其光纤激光器占据着国际市场较大的市场份额。2012年在全球经济不景气的环境下，IPG公司业绩却继续保持着强劲的增长势头，TRUMPF也获得了大幅增长。由此可见，光纤激光器作为新兴的激光技术，越来越被人们所接受，充分展现了光纤激光器的竞争力。未来一段时间内光纤激光器仍将成为激光器领域的主流声音，成为各大激光企业的必争地。

近年来光纤激光器一直是人们关注的焦点。除了国际上IPG、SPI、GSI、JDSU、ROFIN、相干和TRUMPF等公司意外，国内包括国科世纪、中科梅曼、武汉锐科、苏州图森激光、杰普特、昂纳、创鑫激光、安扬激光等多家企业都进入光纤激光器领域。未来的激光市场将显得更加的拥挤，同时随着国内激光企业的发展，以后将直面国际光纤激光器公司的竞争。2013年随着GSI、ROFIN以及相干等公司对光纤激光器更加重视，必然会加剧光纤激光器市场的竞争。随着光纤激光器的功率逐渐增大，对于优异泵浦源的需求越来越大。

自1962年世界上第一台半导体激光器发明问世以来，半导体激光器发生了巨大的变化，极大地推动了其他科学技术的发展，被认为是二十世纪人类最伟大的发明之一。近十几年来，半导体激光器的发展更为迅速，已成为世界上发展最快的一门激光技术。半导体激光器是以半导体材料（主要是化合物半导体）作为工作物质，以电流注入作为激励方式的一种激光器。从最初的低温（77K）下运转发展到室温下连续工作，由小功率型向高功率型转变，输出功率由几毫瓦提高到千瓦级（阵列器件）。激光器的结构从同质结发展成单

异质结、双异质结、量子阱（单、多量子阱）等270余种形式。制作方法从扩散法发展到液相外延(LPE)、气相外延(VPE)、分子束外延(MBE)、金属有机化合物气相淀积(MOCVD)、化学束外延(CBE)以及它们的各种结合型等多种工艺。

半导体激光器的应用范围覆盖了整个光电子学领域，已成为当今光电子科学的核心技术。由于半导体激光器的体积小、结构简单、输入能量低、寿命较长、易于调制以及价格较低廉等优点，使得它目前在光电子领域中应用非常广泛，已受到世界各国的高度重视。

半导体激光器由于具有体积小、重量轻、效率高等众多优点，诞生伊始一直是激光领域的关注焦点，广泛应用于工业、军事、医疗、通信等众多领域。但是由于自身量子阱波导结构的限制，半导体激光器的输出光束质量与固体激光器、CO2激光器等传统激光器相比较差，阻碍了其应用领域的拓展。近年来，随着半导体材料外延生长技术、半导体激光波导结构优化技术、腔面钝化技术、高稳定性封装技术、高效散热技术的飞速发展，特别是在直接半导体激光工业加工应用以及大功率光纤激光器抽运需求的推动下，具有大功率、高光束质量的半导体激光器飞速发展，为获得高质量、高性能的直接半导体激光加工设备以及高性能大功率光纤激光抽运源提供了光源基础。半导体激光器的发展对于开发新型高功率光纤激光器具有重要的作用。

国内光纤激光产业的不足

近年来，随着各种关键单元技术的突破，光纤激光器得到了长足的发展。作为新一代全固体激光技术的代表，光纤激光器以其结构紧凑、光转换效率高、预热时间短、受环境因素影响小、免维护、易传递以及高光束质量等优点备受人们关注。

随着中国宏观经济保持持续健康稳定的发展，高端加工市场的不断增长，国内对光纤激光器的需求十分巨大。据估计，中国的光纤激光器的需求量每年近10000台，并且保持着非常高的增长速度，主要集中在工业加工、医疗、传感、通信以及军工等应用领域。然而中国绝大部分的商用光纤激光依靠进口，国内很少有公司能生产性能良好的光纤激光器，这主要是因为在光纤激光产品的研发和生产上落后于国外。目前国内光纤激光器就产品而言存在以下几个方面的不足：

(1) 抗反射性差。众所周知，当激光器对高反材料进行处理加工时，被反射回来的激光经放大后对激光器本身产生破坏，这个技术问题至今没有很好地解决，造成工业应用产品返修率极高。

(2) 输出功率偏低。目前连续输出平均功率还不到500 W。还无法用于大型器材的切割和焊接。

(3) 品种不齐。大功率光纤激光器的研发仍停留在连续型光纤激光器阶段，而较之连续型有更好的工业应用前景的脉冲型光纤激光器在大功率化方面至今没有实质性的突破。

(4) 波长单一。国内生产的光纤激光器的激射波长至今仍停留在1μm的波段上，而国外已经成功开发出1.5μm和2μm波长的人眼安全光纤激光器，这使得中国在人眼安全光纤激光应用方面受到限制。人眼安全对激光器的普及化极为重要。

(5) 缺乏高端产品。在高重复率、脉宽为皮秒或飞秒量级的商用超短光脉冲的锁模激光器方面存在很大的空白。高重复率、脉宽为皮秒或飞秒量级的高功率超短光脉冲的锁模激光器是超精细激光微加工的理想光源，在应用方面的意义是不言而喻的，而在中国几乎找不到这类激光器的生产厂家。

万瓦级光纤激光器世界第二

近日，我国首台万瓦连续光纤激光器在光谷问世，中国成为继美国后世界第二个掌握此技术的国家。该款光纤激光器由两位国家“千人计划”专家闫大鹏、李成率队，历时一年研发攻关，终于掌握该技术的自主知识产权。自此中国在高功率光纤激光器研发上面又上了一个新台阶，其实早在今年3月的慕尼黑上海光博会上就进行了首次展出，也在现场详细了解了该款产品。

据了解，在国际上，光纤激光器越来越广泛应用于工业造船、汽车制造、航空航天、军事设备等领域。与传统二氧化碳激光器相比，它的耗电却仅为其1/5，体积只有其1/10，但速度快4倍，转换效率高20%，还没有污染。

锐科公司总工程师闫大鹏介绍，“我国高功率光纤激光器长期依赖美国进口，一年达数千台，一台500万元。“北京航空航天大学已开始与我们接触，手头另有4笔订单在排产。”

中国光学学会理事长、中国科学院院士周炳琨认为，光谷这一技术国际领先，仅次于美国，对我国工业发展将产生巨大推动。过去，我国核心激光器件主要依赖进口，万瓦光纤激光器克服了很多技术困难，企业自主创新难能可贵。