解析半导体激光器产业现状与技术流派前景

半导体激光器市场规模

2013年以来，我国光纤激光器市场规模逐年增长，CO2激光器市场被逐渐侵蚀，光纤激光器成为工业激光器最大产品结构，作为光纤激光器泵浦半导体激光器市场规模快速扩大，2015年、2016年、2017年是我国半导体激光飞速发展的3年，2017年以后，由于部分光纤激光器龙头厂商开始大批量单独生产LD器件、LD芯片，减少了对半导体激光器泵浦采购。加之国内宏观经济发展压力加大，国际贸易摩擦不断，半导体激光器市场增速大幅放缓，到2019年，我国半导体激光器市场规模为19.79亿元，同比增长10.6％，2013－2019年年复合增长率达到18.17％。

数据来源：OFweek产业研究院

半导体激光器应用日趋广泛

早在20世纪80年代的时候，半导体激光器还只是应用在光存储和一些小众应用。当时，光存储是半导体激光器行业的第一个大型应用。随着半导体激光器技术不断创新，推动了注入数字多功能光盘（DVD）和蓝光光盘（BD）等光存储技术的发展。到20世纪80年代，光网络成为了半导体激光器的主战场。再后来，半导体激光器又成为通信网络的关键加工制造设备。

由于半导体激光器具有制造简单、易量产、成本低、波长覆盖范围广、体积小、寿命长、能耗低、电光转换效率高等优点，在CD激光唱片机、光纤通信、光存储器、激光打印机等获得广泛应用，逐渐覆盖了各个光电子学领域的实用市场。随着半导体激光器输出功率逐步提高及输出特性不断改善，其在工业加工领域也逐步开始发挥作用。除了直接参与工业加工外，半导体激光器更多应用于光纤激光器和固体激光器的泵浦源，与工业激光市场共同发展，并随着光纤激光器的爆发而迎来新的增长点。

受光束质量的限制，传统半导体激光器难以直接用于金属切割。近年来，随着半导体耦合技术的提高，以及新型合束技术的逐渐成熟，部分千瓦级以上的光纤输出的半导体激光器，也可以满足切割对光束质量的要求。另外，由于半导体激光器波长的多样性，短波长的半导体激光器十分接近铝的波长吸收最大值，因此，在汽车工业中大功率半导体激光非常适用于铝材汽车车身的焊接。目前，激光输出功率为2KW到6KW之间的半导体激光器，在汽车工业生产过程中已得到了广泛应用。此外，蓝光半导体激光器以其在铜材料方面吸收效率的极大优势，在新能源电池电极焊接、PCB加工等领域受到越来越多的青睐。2020年美国西部光电展上，凯普林推出了445nm，200W的产品，成为国内高功率蓝光半导体激光器的代表，与laserline等公司同台竞争。

在材料直接加工领域，半导体激光器光束质量难以超越光纤激光器，但在薄板焊接、切割应用方面，半导体激光器却十分适用。高功率半导体激光器的发展使得许多重要的应用成为可能，除用作工业激光器泵浦源和直接材料加工外，制版印刷，医疗美容，照明传感等均成为半导体激光器的重要应用市场。

两种技术流派：单管耦合与巴条耦合

目前工业加工市场已成为半导体激光器的最大市场，而不论是直接加工还是作为泵浦源，半导体激光器的工业应用都离不开光纤耦合。半导体激光器的耦合主要有两个技术流派，分别是单管耦合技术和巴条耦合技术，这二种技术本质相同却又各具特点。

所谓单管就是我们常说的“激光芯片”。其制作过程与半导体芯片一样，都要经过硅晶圆制造、IC设计、IC制造、IC封测等一系列过程。最终制成的一小片芯片，即称为单管半导体激光器。而激光巴条可以看做是多个半导体单管并排形成的激光器单条，称之为一个bar，实质上是在同一基底上构建一系列半导体激光器单管而形成的，也可以叫线阵激光器。简单理解就是，多个单管排列成为一个巴条，而一个巴条又可拆分多个单管。

激光单管（左）与激光巴条（右）

激光器单管仅有一个发光点，易于进行光纤耦合，因此常用作光纤激光器的泵浦源（多为中低功率），能够有效减少热效应的相互影响，同时易于检修、维护、更换，而且高电压低电流的驱动电源结构简单，成本低；而激光巴条由于发光点多，具有更高的发光功率，因此常用作大功率光纤激光器、全固态激光器的泵浦源或直接发光，在医美、军工等领域也有较多应用。目前国内的激光器单管最高功率能做到20W，而激光巴条则能实现300W甚至更高功率的输出。

由于光纤激光器的爆发式增长及工业市场的巨量需求，单管耦合是目前半导体激光器中应用更广的技术方案。代表企业包括美国的Lumentum、nLight，国内的凯普林、长光华芯等。而巴条耦合则由于存在散热、后期维护等问题，为企业入局造成较高门槛，代表企业如德国Dilas、LIMO等。

未来走向：两派技术各有所长，市场发展兼容并包

随着半导体激光器在材料加工、泵浦源、医疗美容、传感照明等应用的广泛应用，国内外半导体激光器制造商之间竞争日趋激烈。领先的公司在产品性能提升、应用拓展、性价比提高等方面不断发力。多单管耦合技术与巴条、叠阵直接输出及巴条耦合技术，作为半导体激光器技术发展的两条主要技术路线，一直以来以各自的优点，分别在不同的细分应用上独立发展。

尽管眼下工业激光市场的泵浦源多采用单管耦合技术，但巴条、叠阵、巴条耦合在功率上有着先天优势，随着光纤激光器功率不断提高，巴条技术有望获得更好的发展前景。此外，半导体激光器在医美应用、固体激光器泵浦源、高功率直接加工等市场也在飞速发展，也为巴条技术带来更广阔的发展空间。实际上这两种技术流派各有特点，在应用上能够相互弥补，在增量巨大的市场完全能够兼容，彼此促进，实现共同发展。对国内半导体激光器企业而言，扩充技术储备范围，对长远发展意义非凡。