激光二极管飞速发展，2029年或将增至140亿美元

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来源: EEWORLD

IDTechEx Research在《激光二极管和直接二极管激光器2019-2029:技术、市场和预测》的报告中预测，到2029年，全球激光二极管和直接二极管激光器市场将达到140亿美元，其中直接二极管激光器将贡献20亿美元。

下面就简单了解一下激光二极管和二极管棒的发展



技术进步使激光从专门的技术仪器发展到各种各样的市场。具体来说，在成为最广泛使用的激光技术的同时，激光二极管的平均功率在过去三十年中显著增加，每瓦的平均价格呈指数级下降。因此，激光二极管正在取代一些已建立的激光和非激光技术，同时使全新的光学技术成为可能。激光二极管的成熟应用包括数据存储、数据通信和固态激光器的光泵浦[1]。相比之下，材料加工和光学传感领域是快速发展的细分市场，这里诞生了许多新兴应用。

二极管棒功率的增加促进了直接二极管激光器的发展，并使其在材料加工中的新应用成为可能。包括用于精密工程的红外光束质量的提高和用于金属加工的新型可见光激光器的发展。



单个激光二极管的输出功率从毫瓦到多瓦不等，通过将单个发射器组合成激光二极管棒和一堆棒来扩大功率，标准棒的宽度为1cm。几十年来，各大企业在提高二极管棒的输出功率方面存在着激烈的竞争。如今，商业半导体激光器产品通常提供功率小于1μm波长的200w/bar,而激光制造商的研发部门已经证明了连续波(CW)平均功率已经超过1kw/bar。

根据IDTechEx分析的数据，研究了1微米红外波长高功率半导体激光器(HPDDLs)输出功率和光束质量的变化。HPDDL是一种快速发展的材料加工和工业制造工具。



二极管棒功率的增加为材料加工提供了新的应用，但一些新兴应用对波长稳定性和器件寿命等激光参数有着更高的要求。因此，功率方面的竞争不再是企业的首要任务。二极管激光技术的不断发展包括用于精密工程的红外光束质量的提高和用于金属加工的新型可见光激光器领域。



功率和精度:新兴的直接二极管激光技术



半导体激光器技术的进步使得直接二极管激光器(DDLs)的发展成为可能，包括产生多千瓦输出功率的大功率直接二极管激光器(HPDDLs)。DDL结合了许多二极管棒与波束形成光学，控制电子和一个冷却单元。技术的进步使DDL能够在多模式系统中产生超过20kW的输出功率，并在比以前更高的波束质量下产生多千瓦功率。除了DDL，像德国Laserline还提供与有源光纤转换器耦合的二极管激光器，这种激光器的输出功率为4-6kW，光束质量为4-6mm.mrad。



光束质量的自动化改进使用户能够将激光聚焦到一个小的点上，这显示了DDLs作为处理金属、塑料和复合材料的快速发展的工具。在激光焊接等需要高精度和深穿透的应用中，DDLs现在可以与光纤激光器一较高低。DDLs直接将电能转化为激光，而光纤激光器是基于稀土金属掺杂光纤，必须用激光二极管或二极管棒的能量输入进行光泵浦。



对于连续波输出功率高达1kW的激光器，DDL的单价明显低于光纤激光器。根据IDTechEx探访的主要厂商报价，2018年，1千瓦HPDDL和1千瓦光纤激光器的典型单价分别为2万美元和2.5万美元。在输出功率低于千瓦的情况下，DDLs和光纤激光器的价格差距更大。此外，DDLs提供的波长与光纤激光器不同，这意味着DDLs可以更有效地处理吸收光谱匹配的材料。



因此，DDL和HPDDL正在成为全球工业制造业的主要趋势。为了提高在高增长的DDL/HPDDL市场的地位，企业间的并购和产能扩张在所难免。日本松下(Panasonic)看准了美国激光公司TeraDiode在HPDDLs领域的专业知识，他们可通过专利光学工艺产生高质量光束，并将其收入帐下。



总的来说，上述技术进步提供了良好的业务增长机会。



蓝色二极管激光器的铜金属3D打印和焊接技术

用于焊接和3D打印铜等应用的蓝色直接二极管激光器是当今最重要的一项技术，Laserline将于2019年推出1kW的产品。蓝色激光可以更快、更有效地处理金属吸收差的1μm红外辐射产生的大多数工业激光系统。



2018年，日本岛津公司将蓝色冲击二极管激光器已经商业化，该激光器可以在高亮度下产生100瓦功率，此技术是与大阪大学合作开发的日本国家项目的一部分。蓝色冲击激光器结合了Nichia公司生产的大量氮化镓(GaN)蓝色激光二极管，自2006年以来效率提高了一倍，输出功率也提高了一个数量级。

岛津公司450nm蓝色二极管激光器的一个关键应用是3D打印铜技术。铜对蓝色激光的高吸收率使其具有快速的加工过程和较低的背反射，这对传统的红外激光器是一个严峻的挑战。新开发的3D打印机可以有效地使用纯铜粉打印物体，而现有的3D打印机技术通常使用铜合金，如CuCr1Zr，而不是纯铜。



IDTechEx预计，随着更多产品走向商业化，从2019年起，蓝色DDL将迅速应用于铜加工领域。