把握半導(dǎo)體激光器的商業(yè)密碼，這家廠商怎么做？

過去10多年，光纖激光器無疑是工業(yè)激光領(lǐng)域最耀眼的明星，應(yīng)用量大、成長速度很快。根據(jù)最新數(shù)據(jù)，2023年我國光纖激光器市場整體銷量達(dá)到135．9億元，同比增長10．8％，預(yù)計2024年市場規(guī)模將達(dá)到145．3億元，實現(xiàn)對國外品牌市場份額的進(jìn)一步超越，成為中國激光產(chǎn)業(yè)實力提升的重要體現(xiàn)。而在這背后，很大程度上離不開半導(dǎo)體激光器的國產(chǎn)化。

為什么半導(dǎo)體激光器如此重要？

目前，半導(dǎo)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(qiáng)、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(shè)備系統(tǒng)中；二是直接外加電路和溫控模塊形成獨(dú)立半導(dǎo)體激光器，也稱直接半導(dǎo)體激光器，由于其具備多樣的波長、功率、封裝結(jié)構(gòu)，直接半導(dǎo)體激光器大量應(yīng)用于激光材料加工，另外在激光手術(shù)、激光美容、激光傳感、照明等領(lǐng)域的應(yīng)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(dǎo)體激光器泵浦源比較通用、標(biāo)準(zhǔn)化，隨著國內(nèi)光纖激光廠商開始在高功率、高亮度、小型化方向不斷“內(nèi)卷”，作為泵浦源的半導(dǎo)體激光器也成為各大廠商競爭力的重要體現(xiàn)，被認(rèn)為是關(guān)鍵的“技術(shù)護(hù)城河”之一！

以國內(nèi)激光技術(shù)領(lǐng)域創(chuàng)新先鋒杰普特為例，經(jīng)過18年深耕和發(fā)展，已成為國內(nèi)少有的同時擁有脈沖、連續(xù)、固體、超快激光器技術(shù)與核心自動化技術(shù)的公司，而這也與其在半導(dǎo)體激光器領(lǐng)域的積累密不可分。憑借在光學(xué)準(zhǔn)直技術(shù)、激光束整形技術(shù)、耦合技術(shù)、激光器集成技術(shù)等領(lǐng)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(dǎo)體激光器已經(jīng)覆蓋藍(lán)光、綠光、1xxx系列等各多種波段，功率覆蓋25W－500W范圍，并可根據(jù)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(chǎn)品提供關(guān)鍵器件保障，也為公司成為消費(fèi)電子、泛半導(dǎo)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(dǎo)體激光器

從應(yīng)用領(lǐng)域來看，2023年國內(nèi)半導(dǎo)體激光器在材料加工領(lǐng)域的占比最高為37％，光學(xué)通迅領(lǐng)域和科研領(lǐng)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(lǐng)域占比分別是9％和7％。

在材料加工應(yīng)用中，半導(dǎo)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(jìn)一步打開中厚板及超厚板加工應(yīng)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(yīng)用在材料加工等方面的直接半導(dǎo)體激光器越來越受關(guān)注，包括近年來發(fā)展迅速的藍(lán)光半導(dǎo)體激光器。

藍(lán)光半導(dǎo)體激光器成材料加工新熱點

直接半導(dǎo)體激光器采用半導(dǎo)體材料作為發(fā)射激光的增益介質(zhì)，粒子在導(dǎo)帶和價帶之間躍遷產(chǎn)生光子，使用電激勵，是直接的電光轉(zhuǎn)換（電光轉(zhuǎn)換效率最高可達(dá)60％－70％），由于是直接的激光輸出，不需要轉(zhuǎn)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(dǎo)體激光器與光纖激光器結(jié)構(gòu)差異

從結(jié)構(gòu)上看，半導(dǎo)體激光器不需要像光纖激光器一樣用光來泵浦增益介質(zhì)，結(jié)構(gòu)上大大簡化，節(jié)省了很多的光學(xué)元器件，比如特種光纖、光柵等，也減少了電光轉(zhuǎn)換效率的損失。此外，與光纖激光器相比，半導(dǎo)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(xiàn)很好的一致性，并且速度更快，焊縫平滑、覆層質(zhì)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(qiáng)，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(xiàn)，新能源汽車、3C電子和航空航天等應(yīng)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(fù)合材料的應(yīng)用越來越廣泛。由于銅、金和高強(qiáng)度鋁等高反射率材料對藍(lán)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(xiàn)的濺射、氣孔和內(nèi)部缺陷等問題，實現(xiàn)精密高質(zhì)量的加工，藍(lán)光半導(dǎo)體激光器成為電子產(chǎn)品和動力電池制造等領(lǐng)域熱點方向。

杰普特30W藍(lán)光半導(dǎo)體激光器

毫無疑問，新能源是近幾年激光應(yīng)用領(lǐng)域最大的風(fēng)口。作為國內(nèi)最早一批布局新能源的企業(yè)，短短幾年里，杰普特已經(jīng)在新能源領(lǐng)域取得非常優(yōu)異成績，獲得國內(nèi)主流動力電池客戶的廣泛認(rèn)可，并實現(xiàn)了市場份額國產(chǎn)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(lán)光半導(dǎo)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(yīng)用需求。

除了金屬加工應(yīng)用之外，由于藍(lán)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(lán)光半導(dǎo)體激光器還可被用于外科手術(shù)、生物照明、激光打頂（去除頂端優(yōu)勢）、激光除草等領(lǐng)域。

受制于實際使用成本仍處于較高水平，加之光束質(zhì)量的限制因素，藍(lán)光半導(dǎo)體激光器在銅材料加工方面還有待進(jìn)一步破局?；诩す馄黝I(lǐng)域廣泛的技術(shù)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(jié)合銅材對藍(lán)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(xiàn)無飛濺、高穩(wěn)定性、高品質(zhì)的銅材焊接。

開辟細(xì)分賽道，破局行業(yè)內(nèi)卷

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(lán)海變成紅海市場，同質(zhì)化低價競爭使得企業(yè)獲利愈發(fā)困難。反觀直接半導(dǎo)體激光器領(lǐng)域，除了銅材料焊接之外，還可廣泛應(yīng)用于塑料焊接、錫焊、金屬熱傳導(dǎo)焊接、清洗、切割、淬火、熔覆等領(lǐng)域，具有非常大的市場前景，有望成為新的藍(lán)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(shù)優(yōu)勢，自主研發(fā)了488nm 100mW激光器、915nm－200W激光器（風(fēng)冷）、808nm－50W PL（光致發(fā)光）、1550nm－10W激光器等產(chǎn)品，以應(yīng)對不同細(xì)分市場應(yīng)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(dǎo)體激光器，利用完好的硅結(jié)構(gòu)因激光誘導(dǎo)產(chǎn)生近紅外熒光，并通過近紅外感光相機(jī)來捕捉熒光成像，通過光強(qiáng)的變化實現(xiàn)膜后、印刷后硅片內(nèi)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(jī)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(dǎo)致焊接質(zhì)量下降。焊接過程中產(chǎn)生的金屬顆粒和有害氣體可通過呼吸道進(jìn)入體內(nèi)，引起炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激損傷。更為重要的是傳統(tǒng)電烙鐵無法實現(xiàn)精密加工且耗材成本高。杰普特低功率直接半導(dǎo)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(shù)是借助激光熱量使塑料接觸面熔化，進(jìn)而將熱塑性片 材、薄膜或模塑零部件粘結(jié)在一起的技術(shù)。塑料激光焊接作為激光焊接的一個新興應(yīng)用領(lǐng)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(xiàn)飛邊；最小化熱損壞和熱變形，不會導(dǎo)致內(nèi)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(chǎn)生影響；焊接效果好，氣密性、水密性好，可形成真空結(jié)構(gòu)；材料適用性廣，可以將不同組成或不同顏色的樹脂粘結(jié)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(fù)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(lǐng)域。

雙波長復(fù)合焊接：復(fù)合焊接技術(shù)是采用光纖激光和半導(dǎo)體激光同軸同時作用于材料進(jìn)行焊接的新型技術(shù)，其中光纖激光作為主波段光源對材料進(jìn)行深熔焊，半導(dǎo)體激光作為次波段光源對材料同步進(jìn)行預(yù)熱并增加材料熔融狀態(tài)持續(xù)時間?？蓽p少焊接內(nèi)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(xì)胞分析儀、血球儀等領(lǐng)域?qū)す夤庠葱枨?，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(dǎo)體激光器，滿足臨床檢測應(yīng)用需求。

安防補(bǔ)光：杰普特808nm半導(dǎo)體激光器可應(yīng)用于紅外激光補(bǔ)光燈，可實現(xiàn)50m－3Km夜視補(bǔ)光，可提供15W／30W／50W不同功率產(chǎn)品，滿足客戶不同補(bǔ)光效果及距離需求，具有穩(wěn)定性高、適合嚴(yán)苛使用環(huán)境，可承受－40℃－80℃高低溫及85％濕度環(huán)境。

總結(jié)

半導(dǎo)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(xué)研究和工程技術(shù)中有著廣泛的滲透和應(yīng)用，成為激光產(chǎn)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(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，也進(jìn)一步帶動半導(dǎo)體激光器件需求持續(xù)增長。根據(jù)預(yù)測，2025年全球半導(dǎo)體激光器市場規(guī)模將超100億美元，展現(xiàn)出強(qiáng)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(dǎo)體激光也開始與光子集成和人工智能等新技術(shù)融合，從而創(chuàng)造出更多新的應(yīng)用和產(chǎn)品。面對未來不斷涌現(xiàn)的新需求，杰普特也將憑借激光底層技術(shù)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(jìn)制造提供動力之源。

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