過去10多年，光纖激光器無疑是工業(yè)激光領域最耀眼的明星，應用量大、成長速度很快。根據最新數據，2023年我國光纖激光器市場整體銷量達到135.9億元，同比增長10.8%，預計2024年市場規(guī)模將達到145.3億元，實現對國外品牌市場份額的進一步超越，成為中國激光產業(yè)實力提升的重要體現。而在這背后，很大程度上離不開半導體激光器的國產化。目前，半導體激光器在工業(yè)方面主要有以下兩種方式：一是作為固體激光器和光纖激光器的泵浦源，充分利用其波長可選擇性強、能量密度高、電光效率高的特點，將固體或光纖激光集成到激光加工設備系統(tǒng)中；二是直接外加電路和溫控模塊形成獨立半導體激光器，也稱直接半導體激光器，由于其具備多樣的波長、功率、封裝結構，直接半導體激光器大量應用于激光材料加工，另外在激光手術、激光美容、激光傳感、照明等領域的應用也越來越多。泵浦源作為固體激光器和光纖激光器的一部分，在其成本中占比在30%左右，可謂是激光器的“心臟”。由于半導體激光器泵浦源比較通用、標準化，隨著國內光纖激光廠商開始在高功率、高亮度、小型化方向不斷“內卷”，作為泵浦源的半導體激光器也成為各大廠商競爭力的重要體現，被認為是關鍵的“技術護城河”之一！
以國內激光技術領域創(chuàng)新先鋒杰普特為例，經過18年深耕和發(fā)展，已成為國內少有的同時擁有脈沖、連續(xù)、固體、超快激光器技術與核心自動化技術的公司，而這也與其在半導體激光器領域的積累密不可分。憑借在光學準直技術、激光束整形技術、耦合技術、激光器集成技術等領域深厚積累，除了主力出貨的808nm、880nm、915nm、976nm波段外，杰普特自研半導體激光器已經覆蓋藍光、綠光、1xxx系列等各多種波段，功率覆蓋25W-500W范圍，并可根據具體需求定制波長和功率，從而為公司打造全品類、各波段、不同模式的光纖激光、固體激光、超快激光等產品提供關鍵器件保障，也為公司成為消費電子、泛半導體、新能源、生物醫(yī)療等行業(yè)“隱形冠軍”發(fā)揮重要作用。
杰普特915nm-200W半導體激光器
從應用領域來看，2023年國內半導體激光器在材料加工領域的占比最高為37%，光學通迅領域和科研領域分別以26%和14%的占比分列二、三位，顯示照明及醫(yī)療健康領域占比分別是9%和7%。在材料加工應用中，半導體激光器主要用于光纖激光器泵浦源，推動激光功率、亮度和效率的大幅度提升，幫助光纖激光進一步打開中厚板及超厚板加工應用，逐步替代傳統(tǒng)等離子、火焰加工方式。另一方面，隨著各行業(yè)精密加工需求的增長，可直接作為高能光源應用在材料加工等方面的直接半導體激光器越來越受關注，包括近年來發(fā)展迅速的藍光半導體激光器。直接半導體激光器采用半導體材料作為發(fā)射激光的增益介質，粒子在導帶和價帶之間躍遷產生光子，使用電激勵，是直接的電光轉換（電光轉換效率最高可達60%-70%），由于是直接的激光輸出，不需要轉換器件，減少了能量損失，相較于光纖激光器效率高、體積小、成本低。
直接半導體激光器與光纖激光器結構差異
從結構上看，半導體激光器不需要像光纖激光器一樣用光來泵浦增益介質，結構上大大簡化，節(jié)省了很多的光學元器件，比如特種光纖、光柵等，也減少了電光轉換效率的損失。此外，與光纖激光器相比，半導體激光器焊接金屬時是平頂光斑，光斑頂部有一個較大的橫截面，且橫截面能量分布均勻，在做焊接、淬火、熔覆時，能實現很好的一致性，并且速度更快，焊縫平滑、覆層質量更勻稱。而光纖激光器是高斯分布的光斑，中心能量密度強，在切割和深熔焊方面更具有優(yōu)勢。近些年，隨著輕量化發(fā)展趨勢的出現，新能源汽車、3C電子和航空航天等應用對材料加工提出了新的需求。銅、鋁、鈦、金等有色金屬及其復合材料的應用越來越廣泛。由于銅、金和高強度鋁等高反射率材料對藍光激光的吸收率比紅外激光高5-10倍，可以有效解決紅外激光焊接過程中出現的濺射、氣孔和內部缺陷等問題，實現精密高質量的加工，藍光半導體激光器成為電子產品和動力電池制造等領域熱點方向。
杰普特30W藍光半導體激光器
毫無疑問，新能源是近幾年激光應用領域最大的風口。作為國內最早一批布局新能源的企業(yè)，短短幾年里，杰普特已經在新能源領域取得非常優(yōu)異成績，獲得國內主流動力電池客戶的廣泛認可，并實現了市場份額國產激光器第一名。除了光纖激光器之外，杰普特自主研發(fā)的450nm藍光半導體激光器采用多單管耦合，具有高可靠性，可提供低功率、高功率多種選擇，滿足生物醫(yī)療、金屬銅激光焊接等應用需求。除了金屬加工應用之外，由于藍光這一光譜波段是水的吸收谷值，同時是血紅蛋白(Hb)、氧合血紅蛋白(HbO?) 、類胡羅卜素、葉綠素a、葉綠素b的吸收峰值，藍光半導體激光器還可被用于外科手術、生物照明、激光打頂(去除頂端優(yōu)勢)、激光除草等領域。受制于實際使用成本仍處于較高水平，加之光束質量的限制因素，藍光半導體激光器在銅材料加工方面還有待進一步破局。基于激光器領域廣泛的技術積累，杰普特可以靈活配備不同光源，例如利用光纖激光器高功率密度的特性，快速且穩(wěn)定地形成匙孔，再結合銅材對藍光的高吸收特性，最大限度的減少銅材焊接中氣孔和飛濺的問題，從而實現無飛濺、高穩(wěn)定性、高品質的銅材焊接。近幾年來，高功率光纖激光成為市場新寵，各大廠商先后殺入瓜分市場份額，行業(yè)迅速從藍海變成紅海市場，同質化低價競爭使得企業(yè)獲利愈發(fā)困難。反觀直接半導體激光器領域，除了銅材料焊接之外，還可廣泛應用于塑料焊接、錫焊、金屬熱傳導焊接、清洗、切割、淬火、熔覆等領域，具有非常大的市場前景，有望成為新的藍海市場。面對行業(yè)新趨勢和挑戰(zhàn)，杰普特基于激光光源核心技術優(yōu)勢，自主研發(fā)了488nm 100mW激光器、915nm-200W激光器（風冷）、808nm-50W PL（光致發(fā)光）、1550nm-10W激光器等產品，以應對不同細分市場應用需求，具體包括：光伏PL檢測：杰普特808nm-50W一字光斑輸出半導體激光器，利用完好的硅結構因激光誘導產生近紅外熒光，并通過近紅外感光相機來捕捉熒光成像，通過光強的變化實現膜后、印刷后硅片內部隱裂、黑斑、虛印、斷柵、黑斑和表面臟污劃痕等諸多缺陷元素的一次性成像，可用于光伏片缺陷檢測，不同功率的光斑尺寸都為3*230mm。光伏隱裂檢測：杰普特硅片透射系列檢測模組以激光穿透為基本原理，配合高清線掃相機可完成自制絨下料開始的所有工藝段的硅片隱裂、崩邊、臟污檢測。激光錫焊：傳統(tǒng)電烙鐵焊接，長時間烙鐵頭會使電烙鐵的溫度上升過高，這樣烙鐵頭就會發(fā)生氧化變色，導致焊接質量下降。焊接過程中產生的金屬顆粒和有害氣體可通過呼吸道進入體內，引起炎癥反應和氧化應激損傷。更為重要的是傳統(tǒng)電烙鐵無法實現精密加工且耗材成本高。杰普特低功率直接半導體激光錫焊可完美替代傳統(tǒng)加工方式，具有無空間限制、無焊頭、非接觸式、無靜電、耗材少、焊接速度快等優(yōu)勢，滿足各種大規(guī)模及高精密度的錫焊加工需求。激光塑料焊：激光塑料焊接技術是借助激光熱量使塑料接觸面熔化，進而將熱塑性片 材、薄膜或模塑零部件粘結在一起的技術。塑料激光焊接作為激光焊接的一個新興應用領域，與傳統(tǒng)的超聲波焊接、熱板焊接、振動焊接、膠連接等工藝相比，具有隔空焊接、速度快；無殘渣、無粉塵顆粒、不出現飛邊；最小化熱損壞和熱變形，不會導致內部元器件損傷或位移；只對焊接區(qū)域加熱，不會對其他位置產生影響；焊接效果好，氣密性、水密性好，可形成真空結構；材料適用性廣，可以將不同組成或不同顏色的樹脂粘結在一起；穩(wěn)定性高，激光能量穩(wěn)定可控，焊接效果穩(wěn)定等優(yōu)勢，特別適合被粘接的塑料零部件不能承受振動、或者水密氣密要求非常高、或要求無菌無粉塵環(huán)境、復雜的幾何體，如醫(yī)療器械和食品包裝、電子傳感器、汽車零部件等領域。雙波長復合焊接：復合焊接技術是采用光纖激光和半導體激光同軸同時作用于材料進行焊接的新型技術，其中光纖激光作為主波段光源對材料進行深熔焊，半導體激光作為次波段光源對材料同步進行預熱并增加材料熔融狀態(tài)持續(xù)時間?？蓽p少焊接內部氣孔，同時提升了匙孔的穩(wěn)定性，在高速焊接也能保證熔池的穩(wěn)定。激光醫(yī)療：針對四合一細胞分析儀、血球儀等領域對激光光源需求，杰普特提供醫(yī)療行業(yè)定制808nm、915nm、980nm、650nm四合一激光器及488nm-100mW半導體激光器，滿足臨床檢測應用需求。安防補光：杰普特808nm半導體激光器可應用于紅外激光補光燈，可實現50m-3Km夜視補光，可提供15W/30W/50W不同功率產品，滿足客戶不同補光效果及距離需求，具有穩(wěn)定性高、適合嚴苛使用環(huán)境，可承受-40℃-80℃高低溫及85%濕度環(huán)境。半導體激光器將是未來激光行業(yè)重要的發(fā)展趨勢和方向之一，近50年來取得了快速發(fā)展和豐碩成果，在科學研究和工程技術中有著廣泛的滲透和應用，成為激光產業(yè)發(fā)展的重要基石。隨著5G通信、自動駕駛、智能制造等前沿科技產業(yè)的快速發(fā)展，也進一步帶動半導體激光器件需求持續(xù)增長。根據預測，2025年全球半導體激光器市場規(guī)模將超100億美元，展現出強勁的增長勢頭。除了繼續(xù)朝著更高功率和效率方向發(fā)展，半導體激光也開始與光子集成和人工智能等新技術融合，從而創(chuàng)造出更多新的應用和產品。面對未來不斷涌現的新需求，杰普特也將憑借激光底層技術的優(yōu)勢，持續(xù)提供新的解決方案，堅持“激光+”的定位，為先進制造提供動力之源。
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