2018年中国半导体激光器发展现状分析【图】

    （1）基本概念

    半导体激光器是 20 世纪 60 年代发展起来的一种激光器，以半导体材料作为工作物质。从 20 世纪 70 年代末开始，半导体激光器明显向着两个方向发展，一类是以传递信息为目的的信息型激光器， 另一类是以直接使用输出激光的光功率为目的的功率型激光器。半导体激光器工作原理是采用注入电流的激励方式，将注入电流的电能通过半导体材料实现电光转换，输出激光。半导体激光器可作为光纤激光器、固体激光器的泵浦源，也可用于制作直接半导体激光器，作为光源应用到材料加工、激光医疗、激光雷达等领域。直接半导体激光器由光纤耦合半导体激光器模块、 合束器件、 激光传能光缆、 电源系统、控制系统及机械结构等构成， 在电源系统和控制系统的驱动和监控下实现激光输出。

    （2）半导体激光器的分类

    半导体激光器种类较多，根据其芯片参数、封装方式的不同，有多种分类方式。其中，光纤输出的半导体激光器分类方式主要有以下几种：

    1）按使用方式分类

    按照半导体激光器使用方式的不同， 可以分为用于光纤激光器和固体激光器等种类激光器的泵浦源以及直接使用其输出激光的直接半导体激光器。

    2）按功率分类

    按照输出光功率的不同可分为 100W 以下的低功率半导体激光器、100W-1,000W 的中功率半导体激光器、 1,000W 以上的高功率半导体激光器。

    （3）半导体激光器市场规模

    随着半导体激光器技术的快速发展和突破, 半导体激光器产品质量、波长范围和输出功率正在迅速提高，产品种类日益丰富，应用到激光加工、 3D 打印、激光雷达、生命科学与健康和红外照明与显示等的许多方面。高功率半导体激光器具有体积小、重量轻、电光转换效率高、性能稳定、可靠性高和寿命长等优点，已经显露出其在激光器领域中的主导地位， 成为光电行业中最有发展前途的领域之一。目前，全球半导体激光器市场规模较大，预计将由 2014 年的 42.12 亿美元增加到 2018 年的 56.16 亿美元，年复合增长率为 7.46%。

2014-2018年全球半导体激光器市场规模 单位：亿美元

数据来源：公开资料整理

    （4）半导体激光器的市场应用

    1）光纤激光器和固体激光器的泵浦源

    目前，半导体激光器的最大应用是作为光纤激光器和固体激光器的泵浦源。随着光纤激光器和固体激光器输出功率越来越高， 对半导体泵浦源的功率也提出了更高的要求。

    2）金属切割和焊接

    由于光束质量的限制，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的波长十分接近铝的波长吸收最大值，在汽车工业中，大功率半导体激光非常适用于车身的铝材的焊接。激光输出功率为 2KW 至 6KW 的半导体激光器在汽车工业生产过程中已广泛应用。

    3）塑料焊接

    使用中小功率的半导体激光器的激光焊接完善了热塑性塑料焊接的传统方法，例如，通过超声波焊接的方式，可使连接区域在压紧前直接塑化。激光可以实现光穿透式的激光焊接，在连接区域形成均匀的熔体，避免因摩擦产生的起毛现象。半导体激光塑料焊接广泛使用于汽车行业的传感器或塑料箱体的密封焊接，也可应用于木制产品包边或者加工纤维强化的合成材料。

    4）激光熔覆

    激光熔覆又称为激光包覆或激光熔敷，是一种表面改性技术，通过在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之与基材表面薄层一起熔凝的方法，在基层表面形成与其为冶金结合的添料熔覆层。半导体激光器可用于熔覆工艺，实现减少粉末与集体材料的混合以及更少的热量输入，进一步提高熔覆工艺的经济效益。

    5）激光锡焊

    锡焊是利用低熔点的金属焊料加热熔化后， 渗入并充填金属件连接处间隙的焊接方法，焊料常为锡基合金。目前，输出功率为 100W 的半导体激光器已在锡焊中的推广应用。随着半导体激光器价格的进一步降低、人工成本的不断提高及智能制造、精密制造的推进，预计激光锡焊未来将逐步替换传统的烙铁焊接，得到广泛的应用。

    相关报告：智研咨询发布的《2018-2024年中国半导体激光器行业深度调研及投资前景分析报告》