全球十大半導(dǎo)體激光器產(chǎn)品進(jìn)展

全球十大半導(dǎo)體激光器內(nèi)容來源網(wǎng)絡(luò)，由“深圳機(jī)械展（11萬㎡，1100多家展商，超10萬觀眾）”收集整理！更多cnc加工中心、車銑磨鉆床、線切割、數(shù)控刀具工具、工業(yè)機(jī)器人、非標(biāo)自動(dòng)化、數(shù)字化無人工廠、精密測量、3D打印、激光切割、鈑金沖壓折彎、精密零件加工等展示，就在深圳機(jī)械展.半導(dǎo)體激光器是成熟較早、進(jìn)展較快的一類激光器，由于它的波長范圍寬，制作簡單、成本低、易于大量生產(chǎn)，并且由于體積小、重量輕、壽命長，因此，品種發(fā)展快，應(yīng)用范圍廣。由于以上諸多優(yōu)勢，半導(dǎo)體激光器在工業(yè)應(yīng)用、照明、投影、通信、醫(yī)療以及科研等領(lǐng)域已經(jīng)應(yīng)用相當(dāng)普遍。新型太赫茲半導(dǎo)體激光器

加州大學(xué)洛杉磯分?？蒲腥藛T利用新方法制造出太赫茲頻率下工作的半導(dǎo)體激光器。這一突破或?qū)砜捎糜谔仗剿?、軍事和?zhí)法等領(lǐng)域的新型強(qiáng)大激光器。在電磁波譜中，太赫茲的頻率范圍位于微波和紅外線之間。太赫茲波可以在不損傷被檢測物質(zhì)的前提下對(duì)塑料、服裝、半導(dǎo)體和藝術(shù)品等進(jìn)行材料分析，還可以用于分析星體的形成和行星大氣的組成。

目前使用可見光的垂直外腔表面發(fā)射激光器（VECSEL）已經(jīng)被廣泛用于生成高能束，但是這種技術(shù)此前并不適用于太赫茲頻率范圍。加州大學(xué)洛杉磯分校的電氣工程副教授本杰明·威廉姆斯帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研制了首個(gè)可以在太赫茲頻率范圍使用的VECSEL。

為了使VECSEL在太赫茲頻率范圍發(fā)出高能束，威廉姆斯團(tuán)隊(duì)研制出帶有一個(gè)叫做“反射陣超材料表面鏡”裝置的VECSEL。這種裝置之所以如此命名，是因?yàn)樗粋€(gè)由大量微小天線耦合激光腔組成的陣列，這樣當(dāng)太赫茲波經(jīng)過這個(gè)陣列時(shí)就“看”不到激光腔，反而會(huì)被反射回去，就像被普通的鏡子反射回去一樣。

“把超材料表面和激光器結(jié)合起來還是第一次?！蓖匪贡硎?，這一方法既可以使激光器在太赫茲頻率范圍輸出更大的功率，還可以形成高質(zhì)量的激光束，而且超材料的使用可以讓科研人員對(duì)激光束進(jìn)行進(jìn)一步的設(shè)計(jì)，以生成理想的極化度、形秒）。這些泵浦源的單個(gè)激光棒典型輸出功率為300-500瓦。

作為低溫激光項(xiàng)目的一部分，F(xiàn)BH目前在優(yōu)化必要設(shè)計(jì)和技術(shù)，此方向由德國萊布尼茨協(xié)會(huì)資助。如果每個(gè)光子的成本下降，必將生成更高的光功率密度，從而減少所需材料數(shù)量。轉(zhuǎn)換效率也必須顯著提高以增強(qiáng)系統(tǒng)效率。低溫激光采用新穎設(shè)計(jì)理念，開發(fā)創(chuàng)新結(jié)構(gòu)在遠(yuǎn)低于冰點(diǎn)（-70℃=203K）溫度下優(yōu)化運(yùn)行，在此低溫下可大幅度提高二極管激光器的性能。

依賴于外延設(shè)計(jì)和封裝技術(shù)進(jìn)展，在-70℃（203K）溫度下FBH的激光棒發(fā)光波長在940納米附近，輸出峰值功率2千瓦，每棒電流2千安，脈沖寬度200微秒，重復(fù)頻率10赫茲（相應(yīng)脈沖能量為0.4焦耳）。峰值功率受到最大可用電流的限制。到目前為止，這種功率只能通過至少4個(gè)激光棒的光束組合來實(shí)現(xiàn)。輸出功率1千瓦時(shí)光電轉(zhuǎn)換效率為65%，輸出功率2千瓦時(shí)光電轉(zhuǎn)換效率為56%。這樣的激光棒將在未來高能量激光設(shè)施發(fā)揮重要作用。目前該團(tuán)隊(duì)正在進(jìn)一步提高激光棒轉(zhuǎn)換效率。

FBH負(fù)責(zé)開發(fā)低溫激光項(xiàng)目的全價(jià)值鏈，從設(shè)計(jì)到第一個(gè)原型構(gòu)建。正在評(píng)估的最終泵浦源可用于高能級(jí)二極管泵浦固體激光系統(tǒng)，由美國的LIFE和歐盟的歐洲高功率激光能源研究所（HiPER）現(xiàn)場評(píng)估。項(xiàng)目合作伙伴包括美國勞倫斯利物莫國家實(shí)驗(yàn)室和英國科學(xué)與技術(shù)設(shè)施理事會(huì)（STFC）盧瑟福-阿普爾頓實(shí)驗(yàn)室。藍(lán)光可視光半導(dǎo)體激光系統(tǒng)在450nm這一全新的波長范圍，德國DILAS的這款COMPACT系統(tǒng)依舊保證了高效的輸出功率及高亮度的光束質(zhì)量，產(chǎn)品最大輸出功率達(dá)25W，采用光纖芯徑為200μm或400μm，數(shù)值孔徑0.22的光纖。德國DILAS的COMPACT系列產(chǎn)品一直以便于集成，方便使用，設(shè)計(jì)緊湊及多功能操作等優(yōu)點(diǎn)，一直受到用戶的好評(píng)。這款系統(tǒng)配備了標(biāo)準(zhǔn)的操作界面，用于外部控制，且采用了德國DILAS的被動(dòng)冷卻技術(shù)，使系統(tǒng)不再需要去離子水冷卻。德國DILAS同時(shí)為這套系統(tǒng)提供了19英寸的機(jī)架式冷卻單元及各種長度的光纖。

與此同時(shí)，450nm模塊的輸出功率可以擴(kuò)展至100W。應(yīng)用領(lǐng)域包括照射磷光發(fā)光材料以獲取白光照明或者被稱為“紅色材料處理”的金銅材料加工。此外，固體激光器泵浦領(lǐng)域的研究也在持續(xù)中。譬如在波長444nm處泵浦摻鈦藍(lán)寶石激光器的泵浦或者摻鐠激光器。首個(gè)可直接兼容硅芯片的鍺錫半導(dǎo)體激光器來自尤里希旗下“皮特格林貝格研究所”(PGI-9)和“保羅謝勒研究所”(PaulScherrerInstitute)的科學(xué)家們已經(jīng)用鍺和錫制成了實(shí)驗(yàn)用的附件，并且在硅晶片上進(jìn)行了測試。保羅謝勒研究所在測定之后發(fā)現(xiàn)，鍺錫化合物可以同時(shí)產(chǎn)生和放大激光信號(hào)，而且錫元素對(duì)這種新設(shè)備的光學(xué)性能顯得非常重要。

PGI-9博士生StephenWirths補(bǔ)充道：“高含錫量決定了它的光學(xué)性能，這是我們首次在晶格中摻入了超過10%的錫而沒有損失其光學(xué)品質(zhì)”。

目前電子系統(tǒng)中所使用的半導(dǎo)體激光器，主要由元素周期表中的第三族或第五族元素所組成，比如砷化鎵。也正因?yàn)槿绱耍蛇@些材料制成的激光器無法與其它硅基半導(dǎo)體裝置直接兼容(不僅困難，而且費(fèi)力)。此外，由于其連接材料擁有不同的系數(shù)，裝置的使用壽命也會(huì)有所降低。

PGI-9博士DanBuca表示：“這款激光裝置可以在有史以來的最低溫下工作(零下183攝氏度/零下297.4華氏度)”。相信這款測試系統(tǒng)在優(yōu)化之后，還會(huì)帶來更加優(yōu)異的性能表現(xiàn)。

此外，同步電路的時(shí)鐘信號(hào)可使用高達(dá)30%的能量，這樣可以在光傳輸過程中節(jié)省大量能量。新型電泵浦半導(dǎo)體激光器耶魯大學(xué)開發(fā)的一種新型半導(dǎo)體激光器有望顯著提高下一代高科技顯微鏡、激光投影儀、光刻、全息攝影和生物醫(yī)學(xué)成像的圖像質(zhì)量。基于混沌空腔激光技術(shù)，該技術(shù)結(jié)合了傳統(tǒng)激光器的高亮度優(yōu)點(diǎn)和發(fā)光二極管（LEDs）的低圖像損毀性優(yōu)點(diǎn)。近年來，尋求高速、全景成像應(yīng)用所需的更好光源，已經(jīng)成為該研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。

研究論文的共同作者、應(yīng)用物理學(xué)與物理學(xué)教授A.DouglasStone說道：“許多基礎(chǔ)研究最終都發(fā)展為有社會(huì)價(jià)值的重大發(fā)明，混沌空腔激光技術(shù)就是其中一個(gè)。此前，所有基礎(chǔ)工作主要是為了了解尚未投入應(yīng)用的激光類別——隨機(jī)激光和混沌激光。最終，通過相關(guān)學(xué)科知識(shí)的綜合運(yùn)用，我們發(fā)現(xiàn)這些激光正好可以解決成像和顯微鏡方面的很多問題?！?/p>

在這些問題中有一個(gè)被稱為“散斑”（speckle)，是一種隨機(jī)的、粒狀的圖案，由較高的空間相干性（highspatialcoherence）引起。在傳統(tǒng)激光器中，較高的空間相干性會(huì)嚴(yán)重影響成像效果。一種避免散斑的方法是使用LED光源，但對(duì)于高速成像來說，LED光源的亮度不夠。這種新型的電泵浦半導(dǎo)體激光器提供了一種不同的解決方案，在產(chǎn)生強(qiáng)烈光發(fā)射的同時(shí)，具有很低的空間相干性。

“對(duì)于全景成像，散斑的對(duì)比度應(yīng)該低于4%，這樣才能避免對(duì)人們的觀察產(chǎn)生干擾。”該論文的通訊作者、應(yīng)用物理學(xué)教授HuiCao說道，“正如我們文章中展示的那樣，標(biāo)準(zhǔn)邊射型激光器產(chǎn)生的散斑對(duì)比度高達(dá)50%，而我們的激光器的散斑對(duì)比度只有3%左右。所以這種新型激光器完全消除了全景成像中所遇到的問題。”

該論文的共同作者、放射診斷和生理醫(yī)學(xué)助理教授MichaelA.Choma說：“激光散斑是將激光應(yīng)用于臨床診斷的最主要的障礙，我們開發(fā)這種無散斑的激光器是極有意義的，而考慮將這一技術(shù)應(yīng)用到臨床診斷，開發(fā)出一種新的臨床診斷方法也是很令人興奮的?！备吖β使饫w耦合半導(dǎo)體激光器DF系列“在工業(yè)化的激光材料加工領(lǐng)域，半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用非常廣泛，比如在汽車產(chǎn)業(yè)等特定市場中具有潛力的激光釬焊、激光熔覆及激光硬化”，ROFIN中國公司總經(jīng)理彭元璋先生解釋道，“除了板條式CO2激光器及光纖激光器兩款成功產(chǎn)品以外，我們將進(jìn)一步擴(kuò)大激光產(chǎn)品范疇，以更好地滿足高功率材料加工領(lǐng)域客戶的各種需求。光纖耦合半導(dǎo)體激光器可謂是我們產(chǎn)品系列中的珍貴一筆，同時(shí)也鞏固了ROFIN作為全球擁有最完整激光產(chǎn)品線的企業(yè)，在材料加工領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。”

準(zhǔn)“平頂”模態(tài)能量密度分布使得全新半導(dǎo)體激光器可生成高效、平滑的射束輪廓，從而成為激光釬焊、激光熔覆以及激光表面處理的理想工具。DF060HP激光器的模塊化設(shè)計(jì)確保了功率的可擴(kuò)展性和運(yùn)行的高可靠性。此外，標(biāo)準(zhǔn)化的用戶接口以及遠(yuǎn)程診斷功能更使其具備了最佳的可操作性。

這套系統(tǒng)裝有內(nèi)部/集成冷卻裝置。對(duì)于一些熱應(yīng)用比如激光硬化、熔覆、釬焊而言，可采用多波長設(shè)置，而對(duì)于一些特定應(yīng)用，也可根據(jù)客戶需求采用單波長配置。

得益于ROFIN模塊