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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2011niankaishizhubuchengweigongyebandaotibengpuyuanjibandaotijiguangzhijiejiagonglingyuguochantidaijinkoupinpaidezhulijun，qiqiangdadeyanfatuanduijigaoedeyanfatouruweiqikaituogongyeshichangtigonglejianshidejishubaozhang。

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、激(ji)光(guang)打(da)印(yin)機(ji)等(deng)獲(huo)得(de)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)，逐(zhu)漸(jian)覆(fu)蓋(gai)了(le)各(ge)個(ge)光(guang)電(dian)子(zi)學(xue)領(ling)域(yu)的(de)實(shi)用(yong)市(shi)場(chang)。隨(sui)著(zhe)半(ban)導(dao)體(ti)激(ji)光(guang)器(qi)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)逐(zhu)步(bu)提(ti)高(gao)及(ji)輸(shu)出(chu)特(te)性(xing)不(bu)斷(duan)改(gai)善(shan)，其(qi)在(zai)工(gong)業(ye)加(jia)工(gong)領(ling)域(yu)也(ye)逐(zhu)步(bu)開(kai)始(shi)發(fa)揮(hui)作(zuo)用(yong)。除(chu)了(le)直(zhi)接(jie)參(can)與(yu)工(gong)業(ye)加(jia)工(gong)外(wai)，半(ban)導(dao)體(ti)激(ji)光(guang)器(qi)更(geng)多(duo)應(ying)用(yong)於(yu)光(guang)纖(xian)激(ji)光(guang)器(qi)和(he)固(gu)體(ti)激(ji)光(guang)器(qi)的(de)泵(beng)浦(pu)源(yuan)，與(yu)工(gong)業(ye)激(ji)光(guang)市(shi)場(chang)共(gong)同(tong)發(fa)展(zhan)，並(bing)隨(sui)著(zhe)光(guang)纖(xian)激(ji)光(guang)器(qi)的(de)爆(bao)發(fa)而(er)迎(ying)來(lai)新(xin)的(de)增(zeng)長(chang)點(dian)。

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gebar，實(shi)質(zhi)上(shang)是(shi)在(zai)同(tong)一(yi)基(ji)底(di)上(shang)構(gou)建(jian)一(yi)係(xi)列(lie)半(ban)導(dao)體(ti)激(ji)光(guang)器(qi)單(dan)管(guan)而(er)形(xing)成(cheng)的(de)，也(ye)可(ke)以(yi)叫(jiao)線(xian)陣(zhen)激(ji)光(guang)器(qi)。簡(jian)單(dan)理(li)解(jie)就(jiu)是(shi)，多(duo)個(ge)單(dan)管(guan)排(pai)列(lie)成(cheng)為(wei)一(yi)個(ge)巴(ba)條(tiao)，而(er)一(yi)個(ge)巴(ba)條(tiao)又(you)可(ke)拆(chai)分(fen)多(duo)個(ge)單(dan)管(guan)。

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、高gao功gong率lv直zhi接jie加jia工gong等deng市shi場chang也ye在zai飛fei速su發fa展zhan，也ye為wei巴ba條tiao技ji術shu帶dai來lai更geng廣guang闊kuo的de發fa展zhan空kong間jian。實shi際ji上shang這zhe兩liang種zhong技ji術shu流liu派pai各ge有you特te點dian，在zai應ying用yong上shang能neng夠gou相xiang互hu彌mi補bu，在zai增zeng量liang巨ju大da的de市shi場chang完wan全quan能neng夠gou兼jian容rong，彼bi此ci促cu進jin，實shi現xian共gong同tong發fa展zhan。對dui國guo內nei半ban導dao體ti激ji光guang器qi企qi業ye而er言yan，擴kuo充chong技ji術shu儲chu備bei範fan圍wei，對dui長chang遠yuan發fa展zhan意yi義yi非fei凡fan。

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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