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解析半導體激光器產業現狀與技術流派前景

發布時間：2020-05-27 責任編輯：lina

【導讀】近年來，中國激光產業獲得了飛速的發展。中國是活躍的製造業市場及工業激光設備的主要市場，受宏觀經濟發展、製造業產業升級、國家政策支持等因素影響，中國工業激光產業成為受高度關注的產業之一，市場發展迅速。2015年，中國取代歐洲，首次成為激光器最大的消費市場。

近年來，中國激光產業獲得了飛速的發展。中國是活躍的製造業市場及工業激光設備的主要市場，受宏觀經濟發展、製造業產業升級、國家政策支持等因素影響，中國工業激光產業成為受高度關注的產業之一，市場發展迅速。2015年，中國取代歐洲，首次成為激光器最大的消費市場。

半導體激光器市場規模

2013年以來，我國光纖激光器市場規模逐年增長，CO2激光器市場被逐漸侵蝕，光纖激光器成為工業激光器最大產品結構，作為光纖激光器泵浦半導體激光器市場規模快速擴大，2015年、2016年、2017年是我國半導體激光飛速發展的3年，2017年以後，由於部分光纖激光器龍頭廠商開始大批量單獨生產LD器件、LD芯片，減少了對半導體激光器泵浦采購。加之國內宏觀經濟發展壓力加大，國際貿易摩擦不斷，半導體激光器市場增速大幅放緩，到2019年，我國半導體激光器市場規模為19.79億元，同比增長10.6％，2013－2019年年複合增長率達到18.17％。

解析半導體激光器產業現狀與技術流派前景

數據來源：OFweek產業研究院

當前國際上從事半導體激光器的企業有美國的Coherent、nLight、II－VI、Newport、德國TRUMPF、DILAS等。由於國外半導體激光器研發起步早，產業化早，技術積累更深厚，因此其產品占據較大市場份額。

國內半導體激光器產業化相對較晚，但隨著應用市場的快速擴大，也孕育出一批極具競爭力的企業，如山東華光光電（1999.11.成立）、西安華科光電（2002.9.成立）、北京凱普林光電（2003.3.成立）、西安炬光科技（2009.9.成立）、蘇州長光華芯（2012.3.成立）等。據OFweek激光網了解，這幾家企業2019年銷售額均超過億元。其中，凱普林早期的半導體激光器主要麵對海外醫療及激光製版印刷行業，從2011年(nian)開(kai)始(shi)逐(zhu)步(bu)成(cheng)為(wei)工(gong)業(ye)半(ban)導(dao)體(ti)泵(beng)浦(pu)源(yuan)及(ji)半(ban)導(dao)體(ti)激(ji)光(guang)直(zhi)接(jie)加(jia)工(gong)領(ling)域(yu)國(guo)產(chan)替(ti)代(dai)進(jin)口(kou)品(pin)牌(pai)的(de)主(zhu)力(li)軍(jun)，其(qi)強(qiang)大(da)的(de)研(yan)發(fa)團(tuan)隊(dui)及(ji)高(gao)額(e)的(de)研(yan)發(fa)投(tou)入(ru)為(wei)其(qi)開(kai)拓(tuo)工(gong)業(ye)市(shi)場(chang)提(ti)供(gong)了(le)堅(jian)實(shi)的(de)技(ji)術(shu)保(bao)障(zhang)。

半導體激光器應用日趨廣泛

早在20世紀80年(nian)代(dai)的(de)時(shi)候(hou)，半(ban)導(dao)體(ti)激(ji)光(guang)器(qi)還(hai)隻(zhi)是(shi)應(ying)用(yong)在(zai)光(guang)存(cun)儲(chu)和(he)一(yi)些(xie)小(xiao)眾(zhong)應(ying)用(yong)。當(dang)時(shi)，光(guang)存(cun)儲(chu)是(shi)半(ban)導(dao)體(ti)激(ji)光(guang)器(qi)行(xing)業(ye)的(de)第(di)一(yi)個(ge)大(da)型(xing)應(ying)用(yong)。隨(sui)著(zhe)半(ban)導(dao)體(ti)激(ji)光(guang)器(qi)技(ji)術(shu)不(bu)斷(duan)創(chuang)新(xin)，推(tui)動(dong)了(le)注(zhu)入(ru)數(shu)字(zi)多(duo)功(gong)能(neng)光(guang)盤(pan)（DVD）和藍光光盤（BD）等光存儲技術的發展。到20世紀80年代，光網絡成為了半導體激光器的主戰場。再後來，半導體激光器又成為通信網絡的關鍵加工製造設備。

由於半導體激光器具有製造簡單、易量產、成本低、波長覆蓋範圍廣、體積小、壽命長、能耗低、電光轉換效率高等優點，在CD激光唱片機、光纖通信、光存儲器、jiguangdayinjidenghuodeguangfanyingyong，zhujianfugailegegeguangdianzixuelingyudeshiyongshichang。suizhebandaotijiguangqishuchugonglvzhubutigaojishuchutexingbuduangaishan，qizaigongyejiagonglingyuyezhubukaishifahuizuoyong。chulezhijiecanyugongyejiagongwai，bandaotijiguangqigengduoyingyongyuguangxianjiguangqihegutijiguangqidebengpuyuan，yugongyejiguangshichanggongtongfazhan，bingsuizheguangxianjiguangqidebaofaeryinglaixindezengchangdian。

受shou光guang束shu質zhi量liang的de限xian製zhi，傳chuan統tong半ban導dao體ti激ji光guang器qi難nan以yi直zhi接jie用yong於yu金jin屬shu切qie割ge。近jin年nian來lai，隨sui著zhe半ban導dao體ti耦ou合he技ji術shu的de提ti高gao，以yi及ji新xin型xing合he束shu技ji術shu的de逐zhu漸jian成cheng熟shu，部bu分fen千qian瓦wa級ji以yi上shang的de光guang纖xian輸shu出chu的de半ban導dao體ti激ji光guang器qi，也ye可ke以yi滿man足zu切qie割ge對dui光guang束shu質zhi量liang的de要yao求qiu。另ling外wai，由you於yu半ban導dao體ti激ji光guang器qi波bo長chang的de多duo樣yang性xing，短duan波bo長chang的de半ban導dao體ti激ji光guang器qi十shi分fen接jie近jin鋁lv的de波bo長chang吸xi收shou最zui大da值zhi，因yin此ci，在zai汽qi車che工gong業ye中zhong大da功gong率lv半ban導dao體ti激ji光guang非fei常chang適shi用yong於yu鋁lv材cai汽qi車che車che身shen的de焊接。目前，激光輸出功率為2KW到6KW之zhi間jian的de半ban導dao體ti激ji光guang器qi，在zai汽qi車che工gong業ye生sheng產chan過guo程cheng中zhong已yi得de到dao了le廣guang泛fan應ying用yong。此ci外wai，藍lan光guang半ban導dao體ti激ji光guang器qi以yi其qi在zai銅tong材cai料liao方fang麵mian吸xi收shou效xiao率lv的de極ji大da優you勢shi，在zai新xin能neng源yuan電dian池chi電dian極ji焊han接jie、PCB加工等領域受到越來越多的青睞。2020年美國西部光電展上，凱普林推出了445nm，200W的產品，成為國內高功率藍光半導體激光器的代表，與laserline等公司同台競爭。

在材料直接加工領域，半導體激光器光束質量難以超越光纖激光器，但在薄板焊接、切(qie)割(ge)應(ying)用(yong)方(fang)麵(mian)，半(ban)導(dao)體(ti)激(ji)光(guang)器(qi)卻(que)十(shi)分(fen)適(shi)用(yong)。高(gao)功(gong)率(lv)半(ban)導(dao)體(ti)激(ji)光(guang)器(qi)的(de)發(fa)展(zhan)使(shi)得(de)許(xu)多(duo)重(zhong)要(yao)的(de)應(ying)用(yong)成(cheng)為(wei)可(ke)能(neng)，除(chu)用(yong)作(zuo)工(gong)業(ye)激(ji)光(guang)器(qi)泵(beng)浦(pu)源(yuan)和(he)直(zhi)接(jie)材(cai)料(liao)加(jia)工(gong)外(wai)，製(zhi)版(ban)印(yin)刷(shua)，醫(yi)療(liao)美(mei)容(rong)，照(zhao)明(ming)傳(chuan)感(gan)等(deng)均(jun)成(cheng)為(wei)半(ban)導(dao)體(ti)激(ji)光(guang)器(qi)的(de)重(zhong)要(yao)應(ying)用(yong)市(shi)場(chang)。

兩種技術流派：單管耦合與巴條耦合

目(mu)前(qian)工(gong)業(ye)加(jia)工(gong)市(shi)場(chang)已(yi)成(cheng)為(wei)半(ban)導(dao)體(ti)激(ji)光(guang)器(qi)的(de)最(zui)大(da)市(shi)場(chang)，而(er)不(bu)論(lun)是(shi)直(zhi)接(jie)加(jia)工(gong)還(hai)是(shi)作(zuo)為(wei)泵(beng)浦(pu)源(yuan)，半(ban)導(dao)體(ti)激(ji)光(guang)器(qi)的(de)工(gong)業(ye)應(ying)用(yong)都(dou)離(li)不(bu)開(kai)光(guang)纖(xian)耦(ou)合(he)。半(ban)導(dao)體(ti)激(ji)光(guang)器(qi)的(de)耦(ou)合(he)主(zhu)要(yao)有(you)兩(liang)個(ge)技(ji)術(shu)流(liu)派(pai)，分(fen)別(bie)是(shi)單(dan)管(guan)耦(ou)合(he)技(ji)術(shu)和(he)巴(ba)條(tiao)耦(ou)合(he)技(ji)術(shu)，這(zhe)二(er)種(zhong)技(ji)術(shu)本(ben)質(zhi)相(xiang)同(tong)卻(que)又(you)各(ge)具(ju)特(te)點(dian)。

所謂單管就是我們常說的“激光芯片”。其製作過程與半導體芯片一樣，都要經過矽晶圓製造、IC設計、IC製造、IC封(feng)測(ce)等(deng)一(yi)係(xi)列(lie)過(guo)程(cheng)。最(zui)終(zhong)製(zhi)成(cheng)的(de)一(yi)小(xiao)片(pian)芯(xin)片(pian)，即(ji)稱(cheng)為(wei)單(dan)管(guan)半(ban)導(dao)體(ti)激(ji)光(guang)器(qi)。而(er)激(ji)光(guang)巴(ba)條(tiao)可(ke)以(yi)看(kan)做(zuo)是(shi)多(duo)個(ge)半(ban)導(dao)體(ti)單(dan)管(guan)並(bing)排(pai)形(xing)成(cheng)的(de)激(ji)光(guang)器(qi)單(dan)條(tiao)，稱(cheng)之(zhi)為(wei)一(yi)個(ge)bar，shizhishangshizaitongyijidishanggoujianyixiliebandaotijiguangqidanguanerxingchengde，yekeyijiaoxianzhenjiguangqi。jiandanlijiejiushi，duogedanguanpailiechengweiyigebatiao，eryigebatiaoyoukechaifenduogedanguan。

解析半導體激光器產業現狀與技術流派前景

激光單管（左）與激光巴條（右）

圖片來源：凱普林

激光器單管僅有一個發光點，易於進行光纖耦合，因此常用作光纖激光器的泵浦源（多為中低功率），能夠有效減少熱效應的相互影響，同時易於檢修、維護、更換，而且高電壓低電流的驅動電源結構簡單，成本低；而激光巴條由於發光點多，具有更高的發光功率，因此常用作大功率光纖激光器、全固態激光器的泵浦源或直接發光，在醫美、軍工等領域也有較多應用。目前國內的激光器單管最高功率能做到20W，而激光巴條則能實現300W甚至更高功率的輸出。

由於光纖激光器的爆發式增長及工業市場的巨量需求，單管耦合是目前半導體激光器中應用更廣的技術方案。代表企業包括美國的Lumentum、nLight，國內的凱普林、長光華芯等。而巴條耦合則由於存在散熱、後期維護等問題，為企業入局造成較高門檻，代表企業如德國Dilas、LIMO等。

未來走向：兩派技術各有所長，市場發展兼容並包

隨著半導體激光器在材料加工、泵浦源、醫療美容、傳感照明等應用的廣泛應用，國內外半導體激光器製造商之間競爭日趨激烈。領先的公司在產品性能提升、應用拓展、性價比提高等方麵不斷發力。多單管耦合技術與巴條、疊(die)陣(zhen)直(zhi)接(jie)輸(shu)出(chu)及(ji)巴(ba)條(tiao)耦(ou)合(he)技(ji)術(shu)，作(zuo)為(wei)半(ban)導(dao)體(ti)激(ji)光(guang)器(qi)技(ji)術(shu)發(fa)展(zhan)的(de)兩(liang)條(tiao)主(zhu)要(yao)技(ji)術(shu)路(lu)線(xian)，一(yi)直(zhi)以(yi)來(lai)以(yi)各(ge)自(zi)的(de)優(you)點(dian)，分(fen)別(bie)在(zai)不(bu)同(tong)的(de)細(xi)分(fen)應(ying)用(yong)上(shang)獨(du)立(li)發(fa)展(zhan)。

盡管眼下工業激光市場的泵浦源多采用單管耦合技術，但巴條、疊陣、巴條耦合在功率上有著先天優勢，隨著光纖激光器功率不斷提高，巴條技術有望獲得更好的發展前景。此外，半導體激光器在醫美應用、固體激光器泵浦源、gaogonglvzhijiejiagongdengshichangyezaifeisufazhan，yeweibatiaojishudailaigengguangkuodefazhankongjian。shijishangzheliangzhongjishuliupaigeyoutedian，zaiyingyongshangnenggouxianghumibu，zaizengliangjudadeshichangwanquannenggoujianrong，bicicujin，shixiangongtongfazhan。duiguoneibandaotijiguangqiqiyeeryan，kuochongjishuchubeifanwei，duichangyuanfazhanyiyifeifan。

這一判斷並非空穴來風。OFweekjiguangwanglejiedao，beijingkaipulinguangdianbianyiyousuoxingdong。juxi，kaipulinzaichengshudedanguanouhejishujichushang，yaoqingduomingouzhoujishuzhuanjiajiarugongsi，buzubatiao、疊陣、巴條耦合等半導體激光器相關技術，其目標是在半導體激光器的兩類產品技術路線都建立優勢。

凱普林官網顯示，公司致力於高功率激光器係統、器件的研發及產業化，目前自有技術包括高效率光纖耦合技術、高精度半導體激光芯片封裝技術、微透鏡設計／光纖處理／光束整形及整套高可靠半導體激光器商業化生產工藝技術，還可為用戶定製特殊規格的激光器組件／係統或提供OEM服務。其大功率光纖耦合半導體激光器產銷量位列世界前列。

OFweek激ji光guang網wang認ren為wei，凱kai普pu林lin補bu齊qi巴ba條tiao半ban導dao體ti激ji光guang器qi技ji術shu，或huo將jiang對dui國guo內nei半ban導dao體ti激ji光guang器qi市shi場chang格ge局ju產chan生sheng較jiao大da影ying響xiang。伴ban隨sui巨ju大da市shi場chang增zeng量liang的de驅qu動dong，凱kai普pu林lin的de變bian革ge一yi方fang麵mian能neng擴kuo大da自zi身shen的de市shi場chang布bu局ju、提高市場占有率；另一方麵，新技術的引入也將給整個產業鏈帶來更多選擇，促進整個產業鏈的良性發展。中國半導體激光市場，未來值得期待！

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